Ti<,3>SiC<,2>/SiC复合材料的制备、结构和性能的研究

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新型层状陶瓷Ti3SiC2结合了金属和陶瓷的许多优良性能,受到国内外材料界的重视。Ti3SiC2/SiC复合材料强化了Ti3SiC2材料的力学性能,用作高温结构陶瓷材料等方面也就具有了很大的优势。 本文通过无压真空烧结和热压烧结制备了Ti3SiC2材料和Ti3SiC2/SiC复合材料,研究了工艺制度对复合材料物相组成、显微结构和力学性能的影响。 在无压烧结阶段,研究了原料体系与工艺制度对材料物相组成的影响,结果表明使用Ti、SiC、C的原料体系得到的材料最终物相组成比较稳定,有利于进行材料组成设计与控制;1500℃得到的材料中的杂质相含量较少,是比较合适的反应温度。 为了解决无压烧结试样致密度低的问题,主要针对Ti、SiC、C原料体系,采用热压烧结制备Ti3SiC2/SiC复合材料,制备出高致密度不同组成的Ti3SiC2/SiC复合材料和Ti3SiC2材料,相对密度均在98%左右。研究了不同工艺制度和原料粒度对复合材料物相组成、结构和性能的影响。结果表明比较窄的原料尺寸范围有利于提高材料的致密度。1Ti3SiC2材料的弯曲强度和断裂韧性分别为223MPa和5.1MPa·m1/2。主要能量吸收机制为:晶粒的弯曲、层间滑移,裂纹在层间扩展与偏转,裂纹在晶粒间沿晶界扩展、分叉和晶粒的拔出。此外,还有TiC杂质颗粒对于裂纹的钉扎。材料具有一定的损伤容限。 引入SiC颗粒有利于提高Ti3SiC2材料的弯曲强度,SiC含量为15vol%时材料的弯曲强度达到最大(345MPa),这时材料的断裂韧性为5.9MPa·m1/2,SiC含量继续增加,复合材料断裂韧性降低。SiC的引入为Ti3SiC2材料带来了新的能量吸收机制,但是当SiC含量增大时SiC材料的脆性对于复合材料的影响也越来越明显。
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