（材料加工工程专业论文）原位合成tib2ticti3sic2复相材料及其性能研究.pdf

硕士学位论文 摘要 t i 3 s i c 2 陶瓷集金属和陶瓷特性、结构和功能性质于一身，同时还具有良好 自润滑性与优越的机械加工性能，极有希望成为新一代的高温结构材料、可加工 陶瓷材料、白润滑材料和电极电刷材料。但是，t i 3 s i c 2 常温下的硬度和抗蠕变 强度较低，耐磨性和抗氧化性较差的缺陷严重限制了它的应用。本文旨在合成不 同形貌、不同尺度的t i b 2 与t i c 增强相协同增强的新型( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 复相 材料。采用x r d 、s e m 与t e m 对材料的物相组成和显微结构进行了表征，研 究了不同钛源、烧结温度与t i b 2 含量对材料物相组成、烧结性能、显微结构与 力学性能的影响，对( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 复相材料的合成机制、多元协同增强机制 进行了分析；对材料的摩擦磨损性能与抗氧化性能进行了较系统的研究，对材料 的磨损机制与抗氧化机制进行了探讨。 在热力学分析的基础上，采用t i t i h 2 粉、s i 粉、石墨与b 4 c 粉两种原料体 系，用热压烧结法分别在1 5 0 0 和1 4 0 0 - 1 6 0 0 原位合成出了致密的 ( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 复相材料。适当的升高烧结温度有利于材料合成反应的进行 和致密化进程，以t i 粉为钛源时，烧结温度高于1 5 0 0 。c ，材料中的t i 3 s i c 2 发生 分解。合成反应过程为t i 粉( t i l l 2 粉分解产生的细小t i 粉) 首先与原料中的s i 、 石墨与b 4 c 反应生成t i 5 s i 3 、t i c 与t i b 2 ，t i 5 s i 3 与t i c 之间进一步发生反应生 成t i 3 s i c 2 基体，并最终制得( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 复相材料。以t i l l 2 粉为钛源，t i l l 2 在较低温度下分解产生的高活性并且具有良好塑性的细小t i 粉，通过过渡塑性 相工艺有效的降低材料的烧结温度，材料具有更宽的烧结温度范围和更高的热稳 定性。随着烧结温度的升高，采用两种钛源制得t i b 2 与t i c 含量同为l o v 0 1 的 ( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 复相材料的力学性能均显著增高，以t i 粉为钛源在1 5 0 0 。c 烧 结得到材料的抗弯强度与断裂韧性分别达到7 4 1 m p a 与1 0 1 2m p a m 2 ；以t i l l 2 粉为钛源时，在1 5 0 0 1 6 0 0 c 烧结所得材料具有最优而且相近的力学性能， 1 5 5 0 烧结得到材料的抗弯强度与断裂韧性分别达到7 3 1 m p a 与1 0 1 3m p a m 2 。 t i b 2 含量的变化对材料的物相组成与致密性影响不大。随着t i b 2 含量的增加， 采用t i 粉与t i h 2 粉为钛源制得( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 复相材料的抗弯强度与断裂韧 摘要 性均呈先增高后降低的变化规律，并均在t i b 2 含量10 v 0 1 时达到最大值，材料 的显微硬度呈现近似线性增大的变化规律，在t i b 2 含量2 0 v 0 1 时分别达到 1 3 4 4 g p a 与1 1 5 g p a 。由于原位合成的优越性，原位( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 材料中增 强相颗粒细小，晶界干净，材料中层状t i 3 s i c 2 晶粒、柱状t i b 2 晶粒与等轴状 t i c 晶粒清晰可见，存在因晶粒拔出而产生的孔洞与露头，t i b 2 含量的增加显著 抑制了材料中晶粒的生长。以t i h 2 粉为钛源的材料中t i b 2 晶粒更小，长径比更 大。同时引入的t i b 2 与t i c 两种增强相协同作用，主要通过颗粒增强、裂纹偏 转、晶粒拔出、晶粒细化等机制对t i 3 s i c 2 基体起到了显著的补强增韧效果。 随着载荷的提高，不含t i b 2 材料的摩擦系数显著增大而t i b 2 含量5 1 5 v 0 1 材料的摩擦系数无明显变化。随着t i b 2 含量的增加，材料的摩擦系数和磨损率 均呈先增大后减小的变化规律。含1 5 v 0 1 与2 0 v 0 1 t i b 2 材料具有最优的摩擦磨 损性能，摩擦系数与磨损率均明显低于不含t i b 2 的材料。摩擦过程中，原位生 成的t i b 2 与t i c 能有效的钉扎住周围柔软的t i 3 s i c 2 基体，分散剪切应力，使得 材料的磨损方式从粘着磨损逐渐转变为磨粒磨损。摩擦过程中t i b 2 氧化生成的 b 2 0 3 液相薄膜能够阻止t i 3 s i c 2 基体与钢球之间的粘着行为，润滑对磨钢球，使 得材料表现出了很好的自润滑性。 ( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 复相材料的氧化动力学符合抛物线规律。随着t i b 2 含量 增加至2 0 v 0 1 ，材料的单位面积氧化增重、氧化速率常数和氧化层厚度均显著 减小，说明t i b 2 的引入有效的提高了材料的抗氧化性能，且随着氧化温度的升 高这种增强效果更为明显，表现出了良好的高温自愈合抗氧化性。1 2 0 0 。c 氧化时， t i b 2 含量2 0 v o i 材料的氧化抛物线速率常数为0 7 3 x1 0 。孑m - 4 s ，比不含t i b 2 的材料低了一个数量级。( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 复相材料中的三相在氧化过程中均 发生氧化，生成的t i 0 2 与s i 0 2 形成了明显的两层结构的氧化膜。t i 元素的向外 扩散最终在材料表面形成粗晶的t i 0 2 氧化外层，s i 保持在原有格点上不发生迁 移，o 向内扩散并与t i 和s i 反应生成由细晶t i 0 2 与无定形态s i 0 2 组成的氧化 内层。对于( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 复相材料，依靠这层氧化内层阻止。向内扩散， 从而提高了材料的抗氧化性能。 关键词：( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 复相材料、热压烧结、原位合成、增强机制、摩擦磨损性能、 抗氧化性能 i i 硕士学位论文 a b s t r a c t t h et i 3 s i c 2p o s s e s s e sc o m b i n e dp r o p e r t i e so fb o t h c e r a m i c sa n dm e t a l s ， i n c l u d i n gh i g l le l e c t r i c a la n dt h e r m a lc o n d u c t i v i t y ，r e l a t i v e l yh i 曲s t r e n g t ha n dy o u n g m o d u l u s ，e x c e l l e n tt h e r m a ls h o c kr e s i s t a n c e ，e a s ym a c h i n a b i l i t y ，s e l f - l u b r i c a t i n g p r o p e r t y i t i st h e r e f o r ep r e m i s i n gc a n d i c a t em a t e r i a li na p p l i c a t i o n ss u c ha s l l i g h - t e m p e r a t u r es t r u c t u r a lm a t e r i a l ，s e l f - l u b r i c a t i n g m a t e r i a la n de l e c t r i cb r u s h m a t e r i a l h o w e v e r , i t sr e l a t i v e l yp o o rh a r d n e s s ，c r e e p s t r e n g t h ，r e s i s t a n c et oo x i d a t i o n a n dw e a rl i m i t si t sa p p l i c a t i o n i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t w or e i n f o r c e ro ft i b 2a n dt i c w i t hd i f f e r e n tm o r p h o l o g ya n ds i z ew e r ei n c o r p o r a t e di n t ot i s s i c 2m a t r i xb yi n - s i t u s y n t h e s i sa n dn o v e lm u l t i v a r i a t er e i n f o r c e d ( t i b 2 + t i c ) t i s s i c 2c o m p o s i t e sw e r e p r e p a r e d t h ep h a s ec o m p o s i t i o n a n dm i c r o s t r u c t u r eo ft h em a t e r i a l sw e r e c h a r a c t e r i z e db yx r d ，s e ma n dt e m e f f e c t so ft is o u r c e ，s i n t e r i n gt e m p e r a t u r e a n dt i b 2c o n t e n to np h a s ec o m p o s i t i o n ，s i n t e r i n gp e r f o r m a n c e ，m i c r o s t r u c t u r ea n d m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h em a t e r i a l sw e r ei n v e s t i g a t e da n dt h es y n t h e s i sm e c h a n i s m a n dt h es y n e r g i s mo fv a r i o u sr e i n f o r c i n gm e c h a n i s mw e r ea n a l y s e d i n a d d i t i o n ，t h e f r i c t i o na n dw e a rp r o p e r t i e sa sw e l la so x i d a t i o nr e s i s t a n c ep r o p e r t i e so ft h em a t e r i a l s w e r ea l s os y s t e m a t i c a l l yi n v e s t i g a t e d t h ea b r a s i o na n do x i d a t i o nm e c h a n i s mo ft h e m a t e r i a l sw e r ed i s c u s s e d b a s e do n t h e r m o d y n a m i ca n a l y s i s ，d e n s e ( t i b 2 + t i c ) t i 3s i c 2c o m p o s i t e c e r a m i c sw e r ei n - s i t up r e p a r e db yh o t - p r e s s i n ga t1 5 0 0 。ca n d1 4 0 0 1 6 0 0 。cw i t h t i t i h 2 ，s i ，g r a p h i t ea n db 4 cp o w d e r s p o w d e r s a sr a wm a t e r i a l s d u r i n gt h es y n t h e s i s ， t i 5 s i 3 ，t i ca n dt i b 2w e r ef i r s t l yg e n e r a t e db yt h er e a c t i o na m o n gt i ( 砸c a nb e p r o d u c e db yd e c o m p o s i t i o no ft i l l 2 ) ，s i ，ca n db 4 c a s i n t e r m e d i a t ep r o d u c t s ，t i s s i 3 a n dt i cw i l lf u r t h e rr e a c tt op r o d u c et i 3 s i c 2m a t r i x ，a n dt h e n ( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 c o m p o s i t ew i l lb eo b t a i n e d i n c r e a s i n gs i n t e r i n gt e m p e r a t u r ew a sf a v o r a b l et ot h e a c c o m p l i s h m e n ts y n t h e s i sr e a c t i o nb e t w e e nr a wm a t e r i a l sa n dd e n s i f i c a t i o np r o c e s s h o w e v e rf o rt h ec a s eo fu s i n gt ip o w d e ra st is o u r c e ，t h em a t r i xd e c o m p o s ew h e n s i n t e r i n gt e m p e r a t u r eh i g h e rt h a n15 0 0 。c w h e nu s i n gt i l l 2p o w d e ra st is o u r c e ，t i i i i a b s t r a c t p o w d e rw i t hh i g ha c t i v i t ya n ds m a l ls i z ed e r i v e df r o m t h ed e c o m p o s i t i o no ft h et i l l 2 s i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e dt h es i n t e r i n gt e m p e r a t u r eb yt r a n s i t i o np l a s t i cp h a s ep r o s e s s a n dt h em a t e r i a l ss h o ww i d e rs i n t e r i n gt e m p e r a t u r er a n g ea n dh i g ht h e r m a ls t a b i l i t y w i t ht h ei n c r e a s eo fs i n t e r i n g ，b o t hb e n d i n gs t r e n g t ha n df r a c t u r et o u g h n e s so f t h em a t e r i a l si n c r e a s e d f o rt h em a t e r i a l ss i n t e r e da t15 0 0 。cw i t ht ip o w d e ra st i s o u r c eb e n d i n gs t r e n g t ha n df r a c t u r et o u g h n e s sr e a c h e dt h em a x i m u mo f7 4 1m p aa n d 1o 12m p a m 1 2 r e s p e c t i v e l y f o rt h em a t e r i a l ss i n t e r e da t15 0 0 - 16 0 0 。cs h o w e dt h e b e s ta n ds i m i l a rm e c h a n i c a lp r o p e r t i e s t h em a x i m u mb e n d i n gs t r e n g t ho f7 31m p a a n df r a c t u r e t o u g h n e s s o f10 13m p a m 1 陀w e r eo b t a i n e dw h e n s i n t e r e da t 15 5 0 c t i b 2c o n t e n ts h o w sl i t t l ei n f l u e n c eo nt h ep r o s ec o m p o s i t i o na n ds i n t e r e d p r o p e r t i e s o ft h em a t e r i a l s w i t ht i b 2c o n t e n ti n c r e a s i n g ，b o t hb e n d i n gs t r e n g t ha n d f r a c t u r et o u g h n e s so f ( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2c o m p o s i t e si n c r e a s e da n dd e c r e a s e d ，a n d t h em a t e r i a l sw i t h10 v 0 1 t i b 2a n dlo v 0 1 t i cp o s s e s s e st h eo p t i m i z e dm a t e r i a l s t h eh a r d n e s so f ( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2c o m p o s i t e sd i s p l a y sal i n e a ri n c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s eo ft i b 2c o n t e n t ，w h i c hr e a c h e s13 4 4 g p a ( t ip o w d e ra st is o u r c e ) a n d 11 5 g p a ( t i l l 2 p o w d e r a s t i s o u r c e ) f o r t h em a t e r i a l ss i n t e r e d a t 15 0 0 c m i c r o s t r u c t u r ea n a l y s i sr e v e a l e dt h a tl a m i n a t e dt i 3 s i c 2g r a i n s ，c o l u m n a rt i b 2 g r a i n sa n de q u i a x e dt i cg r a i n sw e r eo b s e r v e dc l e a n l yi nt h em a t e r i a l s o w i n gt ot h e s u p e r i o v i t yo fi n - s i t us y n t h e s i s ，r e i n f o r c i n gg r a i n so ft i b 2a n dt i c h a v es m a l lg r a i n s i z ea n dt h eg r a i nb o u n d a r i e sa r ec l e a r i nt h em a t e r i a l sw i t ht i l l 2a st is o u r c e ，t i b 2 g r a i n sh a v es m a l l e r s i z ea n dl a r g e rs l e n d e r n e s sr a t i o t i b 2a n dt i ci n c o r p o r a t e d s i m u l t a n e o u s l yb yi n - s i t ur e a c t i o ns h o ws i g n i f i c a n tr e i n f o r c i n ga n dt o u g h e n i n ge f f e c t b yt h es y n e r g i s t i ca c t i o no f t h em e c h a n i s m si n c l u d i n gp a r t i c u l a t er e i n f o r c e m e n t ，c r a c k d e f l e c t i o n ，g r a i n sp u l lo u ta n df i n e - g r a i nt o u g h e n i n g w i t hi n c r e a s eo f l o a df r o m1 0t o3 0 n ，t h em a t e r i a lw i t h o u tt i b 2 ，i e t i c t i 3 s i c 2 ， s h o w sa ni n c r e a s i n gf r i c t i o nc o e f f i c i e n t h o w e v e r , f o r ( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2c o m p o s i t e s ， t h ef r i c t i o nc o e f f i c i e n ts h o w sa ni n s e n s i t i v i t yt ol o a d b o t hf r i c t i o nc o e f f i c i e n ta n d w e a rr a t ei n c r e a s ea n dt h e nd r a m a t i c a l l yd e c r e a s e dw i t ht i b 2c o n t e n ti n c r e a s i n gf r o m 0 v 0 1 t o2 0 v 0 1 ( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2c o m p o s i t e sw i t h15 v 0 1 a n d2 0 v 0 1 t i b 2 s h o w se x c e l l e n tf r i c t i o na n dw e a rr e s i s t a n c e ，w h o s ef r i c t i o nc o e f f i c i e n ta n dw e a rr a t e i v 硕士学位论文 a r em u c hl o w e rt h a nt h o s eo ft i c t i 3s i c 2c o m p o s i t e s d u r i n gs l i d i n gp r o c e s s ，h a r d t i b 2a n dt i cp a r t i c l e sn a i lt h es u r r o u n d i n gs o f tm a t r i xa n dd e c e n t r a l i z et h es h e a r s t r e s s e su n d e rt h es l i d i n gb a l l ，w h i c hc h a n g e sw e a rm e c h a n i s mf r o ma d h e s i v ew e a rt o a b r a s i v ew e a r i n a d d i t i o n ，h i g ht e m p e r a t u r eg e n e r a t e db yh i g h - s p e e ds l i d i n gw i l l r e s u l ti nt h eo x i d a t i o no ft i b 2t ob 2 0 3w i t hl o wm e l t i n gp o i n t t h u sal i q u i df i l m f o r m e do nt h ew e a rs u r f a c eo ft h em a t e r i a l sw i l lp r e v e n tt h ea d h e s i v eb e t w e e ns o f t t i 3 s i c 2m a t r i xa n ds t e e lb a l l ，p r o d u c i n gs e l f - l u b r i c a t i n ge f f e c t t h e s em e c h a n i s m sa r e b e l i e v e dt oc o n t r i b u t et ot h ee n h a n c e dw e a rr e s i s t a n c e t h eo x i d a t i o nd y n a m i c so f ( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2c o m p o s i t e so b e yt h ep a r a b o l i c l o w w i t ht h ei n c r e a s eo ft i b 2c o n t e n t ，o x i d a t i o nw e i g h tg r a i n ，t h et h i c k n e s so f o x i d a t i o na n dt h ep a r a b o l i cr a t ec o n s t a n td e c r e a s ed r a m a t i c a l l y , w h i c hs u g g e s t st h a t t h ei n c o r p o r a t i o no ft i b 2e f f e c t i v e l yi m p r o v e st h eo x i d a t i o nr e s i s t a n c eo ft h e m a t e r i a l s w i t ht h ei n c r e a s eo fo x i d a t i o nt e m p e r a t u r e ，t h er e i n f o r c i n gb e c o m e sm o r e s i g n i f i c a n t ，i n d i c a t i n g a n de x c e l l e n t s e l f - h e a l i n g o x i d a t i o nr e s i s t a n c ea th i g h t e m p e r a t u r e w h e no x i d a t i o na t12 0 0 。c ，t h ep a r a b o l i cr a t ec o n s t a n tk po ft h em a t e r i a l w i t h2 0 v 0 1 t i b 2i s0 7 3 10 6 l ( 孑m - 4 s ，w h i c hi so n em a g n i t u d el o w e rt h a nt h a to f t i c t i 3 s i c 2c o m p o s i t e d u r i n go x i d a t i o np r o c e s s ，t i b 2 ，t i ca n dt i s s i c 2i nt h em a t e r i a l sw i l lb eo x i d i z e d i n t ot i 0 2a n ds i 0 2 ，a n dt h u sao x i d a t i o ns c a l ew i t ht w ol a y e rs t r u c t u r ew i l lb ef o r m e d o u t e rl a y e rc o m p o s e do fc o a r s e - g r a i nt i 0 2g r o w sb yo u td i f f u s i o no ft i s is t a y sa ti t s p o s i t i o na n dw a si n - s i t uo x i d i z e d i t i sj u s tt h ei n n e rl a y e rw h i c hr e t a r dt h ei n w a r d d i f f u s i o no f0a n dc o n s e q u e n t l yc o n t r i b u t e st ot h ei m p r o v e do x i d a t i o nr e s i s t a n c eo f ( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2c o m p o s i t e s k e y w o r d s ：( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2c o m p o s i t e ，h o tp r e s s i n g ，i n - s i t us y n t h e s i s ， r e i n f o r c i n gm e c h a n i s m ，w e a rp r o p e r t y , o x i d a t i o nr e s i s t a n c ep r o p e r t y v 硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t 。i i i 第一章绪论1 1 1 m n + l a x n 化合物概况1 1 2t i 3 s i c 2 研究现状2 1 2 1 t i 3 s i c 2 的晶体结构2 1 2 2t i 3 s i c 2 的性能2 1 2 3 t i 3 s i c 2 的应用前景3 1 2 4t i 3 s i c 2 的制备方法3 1 2 5 t i 3 s i c 2 复相材料7 1 3 原位合成技术一l o 1 4 课题的提出与研究内容1 1 1 4 1 课题的提出1 1 1 4 2 研究内容12 第二章实验过程1 3 2 1 材料制备1 3 2 1 1实验原料一1 3 2 1 2 工艺流程1 3 2 2 样品的表征与性能测试1 5 2 2 1 显气孔率和体积密度15 2 2 2 相组成测试1 5 2 2 3 显微结构观察15 2 2 4 力学性能16 2 2 5 摩擦磨损实验1 7 2 2 6 氧化实验18 第三章( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 复相材料的制备研究2 0 3 1 热力学分析2 0 3 2 烧结温度对材料合成的影响2 l 3 2 1 t i 粉为钛源2 1 3 2 2 t i l l 2 粉为钛源2 2 3 3 烧结温度对材料烧结性能的影响2 4 3 3 1t i 粉为钛源2 4 3 3 2t i h 2 粉为钛源2 4 3 4t i b 2 含量对材料合成的影响2 5 3 4 1 t i 粉为钛源。2 5 3 4 2t i h 2 粉为钛源2 6 3 5 小结2 7 目录 第四章( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 复相材料的力学性能研究。2 9 4 1t i 粉为钛源2 9 4 1 1 烧结温度对材料力学性能的影响2 9 4 1 2 f i b 2 含量对材料力学性能的影响3 0 4 1 3 显微结构分析31 4 2 t i h 2 粉为钛源3 4 4 2 1 烧结温度对材料力学性能的影响3 4 4 2 2 f i b 2 含量对材料力学性能的影响3 5 4 2 3 显微结构分析3 6 4 3 补强增韧机理分析3 9 4 4 小结4 1 第五章( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 复相材料的摩擦磨损性能研究4 2 5 1 载荷对材料摩擦系数的影响4 2 5 2 磨损率4 5 5 3 磨损表面和磨屑的显微观察4 6 5 4 摩擦磨损机制分析一4 9 5 5 小结5 2 第六章( t i b 2 + t i c ) t i 3 s i c 2 复相材料的抗氧化性能研究5 3 6 1 氧化动力学分析5 3 6 2 氧化层相组成与显微结构分析5 8 6 3 氧化机制分析6 4 6 4 小结6 5 第七章结论。6 6 参考文献6 8 成果7 5 致谢7 6 硕士学位论文 1 1 m 。q a x 。化合物概况 第一章绪论 近年来，三元层状m 叶l a ) ( 。化合物 i - 7 1 ( 式中n = i ，2 ，3 ：m 为过渡金属元素， a 为m a 族或i v a 族元素，x 为c 或n 元素) 因其特殊的物理化学性能受到了国 内外材料研究者们的重视。此类化合物分为三大相：2 1 1 相m 2 a x 、3 1 2 相m 3 a x 2 和4 1 3 相h w ，它们既有与金属相似的良好的导热、导电性、相对柔软以及 优越的机械加工性能，又有与陶瓷材料相近的物理化学性能，如高熔点、耐腐蚀、 耐高温、优良的抗热震性能和在高温下能保持高强度【8 “”。到目前为止，人们己 经发现了几十种m 叶1 a k 化合物( 图1 1 一。 团t ”fn 4 p b c cr 2 g a c v 2 a 5 c _ 2 n b t c ( n b n 一i o n 州n o5 c n s n b ，g a cn b s c z r z l n n r g e c c 曲c 矾s cm o z g a ct i z c d ch f 2 l n n z r 2 s n c t a 2 a l c n 2 s c t a 2 g a c s c 2 i n ch f 2 s n n h 学n c v i c n b 2 s ct k g a nt i 2 1 n ct i 2 t i c r s n c v 2 p c s cc r 2 g a n巩i n cz r 2 t i c n b 2 s n c n b 2 p c 3 3 2 g a c v 2 g a n h l b 2 l n ch 1 2 t t c z r 2 p i ) c 1 3 2 p b c 也g a cv 2 g e ch f 2 1 n cz r ，t i n 团w ”埘圆w t 带1 c 2 圈i - l 目前为t 所发现的m + i a x 。化台物 f i 9 1 - l m 叶t a x n f h m l l y m e m b e r sb e 朗f o u n da t p r e s e n t 【11 jb 1 l2r 】| 1 ) 圈1 之m 一1 a k 化台物的晶体结构，( a ) 2 1 l 相，3 1 2 相，( c ) 4 1 3 相 f i gl - 2 u n i tc e l l s m p l a ) ( n 。o l p l t 髂，( a ) 2 1 l ，帕) 3 1 2a n d ( e ) 4 1 3p h a s e s 第一章绪论 1 2 t i a s i c 2 研究现状 t i 3 s i c 2 属于3 1 2 相，是m n + l a x n 化合物中的代表，也是目前研究最受关注 的m n + l a x n 材料。 1 2 1 t i 3 s i c 2 的晶体结构 j e i t s c h k o 等1 8 】最早测定了t i 3 s i c 2 的晶体结构：t i 3 s i c 2 晶体结构为六方晶 系，空间群为p 6 3 m m c ，晶格参数为a = 0 3 0 7n l i l 、c - 1 7 6 9n i n ，平行四边形的 平面s i 原子层将共棱的c t i 6 八面体分隔，c 原子位于八面体的中心，每一个晶 胞中含有两个t i 3 s i c 2 分子。k t s i 等用中子衍射准确测定了t i 3 s i c 2 晶胞的参数 和晶体中各原子间的键长及键角。通过对t i 原子、c 原子和s i 原子间的距离与 相应的键长相比较后得知t i c 为共价键结合，因而结合键力较强，使材料具有 高熔点，高模量，而s i 原子层内部及s i 原子与t i 原子之间为弱键结合。t i 3 s i c 2 具有类似于石墨的层状结构，这种晶体结构使得t i 3 s i c 2 材料在被破坏时易发生 s i 面与t i 面的层间滑移。t i 3 s i c 2 在结构上具有的上述特征，使其兼有金属和陶 瓷的许多优异性能。 1 2 2 t i 3 s i c 2 的性能 t i 3 s i c 2 其不仅具有m n + l a x n 化合物的通性还有比传统的固体润滑剂石墨、 二硫化钼更低的摩擦系数和优异的自润滑性能，在高温结构陶瓷、自润滑材料、 电极材料等方面具有广阔的应用前景。 表1 - 1t i 3 s i c 2 材料的性能 t a b l e1 - 1p r o p e r t i e so ft i a s i c 2o m p o s i t e 硕士学位论文 1 2 3 t i 3 s i c 2 的应用前景 由于结合了金属和陶瓷的许多优良性能，t i 3 s i c 2 材料在机电、仪表、冶金、 化工、船舶、汽车、石化、航天、国防等领域具有广阔的应用前景： t i 3 s i c 2 具有良好的可加工性，可对其进行钻孔、切削等机械加工，从而可 用其制备复杂的结构构件，代替一般的可加