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Ti3AlC2三元层状化合物由于特殊的物理和化学性能,从而引起了专家们的强烈兴趣,一方面它像金属一样有较低的硬度和良好的导电导热性能;另一方面又像陶瓷一样具有良好的抗热冲击性和高温抗氧化性能。尤其引人注意的是它具有的优异的摩擦磨损性能,从而使它成为许多领域应用的潜在研究对象。目前,合成Ti3Alc2材料的方法很多,如热压烧结法、等离子放电烧结法、自蔓延高温烧结法等,但对Ti3A1C2合成机理及反应过程还没有统一的认可,且往往合成的材料中TiC、Ti2AlC等杂质相较多,合成温度较高。因此本文研究了Ti3A1C2材料的合成机理及其性能,为该材料的制各及应用提供基础。 以原料Ti、A1和C的配比为n(Ti):n(A1):n(C)=3:1:2的混合粉料,反应合成17i3A1C2陶瓷材料的反应过程表明,在反应过程中生成的熔融态Ti3Al金属化合物作为中问相与c粉反应生成Ti2Alc、Tic以及Ti3AlC,其中1"i3AlC为不稳定的相,与C粉进一步反应生成Ti2A1C、TiC,最终Ti2AIC和TiC在1450℃保温30rain反应合成Ti3AIC2材料,纯度达到96.82wt％。因此在此条件下合成Ti3AIC2材料的合成路径是17i2A1C+TiC→Ti3A1C2。 通过对单质粉末合成Ti3A1C2材料合成机理的研究,了解到1"i3Al是合成’ri3AIC2的中间产物和主要反应物。为此又采用自制的Ti3Al金属化合物粉末和C粉为原料通过反应烧结法制备了Ti3AIC2材料,结果表明:①合成17i3AICz材料的最佳合成温度为1300。C,Ti3A1C2的含量为97.5lⅢ％、气孔率为13.96％。与Ti、Al、C单质粉末为原料合成。Yi3AlC2材料相比,Ti3Alc2的含量不仅提高了0.69wt％,而且合成温度也降低了150℃。②反应物中添加Si不仅可以提高合成材料中Ti3AIC2的含量,而且Si的加入使Ti3A1C2的晶体发育更加完全、晶粒结合更加紧密,从而提高了致密性。 对Ti3A1C2块体材料的硬度、电导率以及摩擦磨损性能的测试表明,随着Ti3A1C2材料气孔率的降低,其硬度和电导率增加。摩擦系数随着转速或载荷的增加而减小,但磨损率却增加。在摩擦的过程中,由于摩擦热导致了1i3A1C2材料摩擦表面发生分解、氧化,产生一层氧化膜,这层氧化膜由Ti02、A1203和Fe203组成,在摩擦的过程中这层氧化膜起到了一定的润滑作用,从而使得Ti3A_lC2块体材料的摩擦系数减小。磨损是伴随着摩擦产生的,Ti3Alc2块体材料的磨损主要是材料本身和氧化层的脱落而引起,这种自润滑一减磨机制在一定程度上保护了材料基体和对摩体。