先进陶瓷MAX相作为超硬材料结合剂研究

摘要

集金属和陶瓷优良性能于一身的新型陶瓷材料 MAX相(以 Ti3SiC2、Ti3AlC2/Ti2AlC为代表)不仅具有良好的导电导热性、可塑性和易加工性,同时还具有高强度、良好的抗氧化、耐高温和自润滑特性。
　　这些独特的性能是的MAX相非常适合于作为一种新型的超硬材料结合剂。为了应用MAX相作为超硬材料结合剂,本文研究了一种廉价制备MAX相粉体的方法;使用这种粉体制备了 MAX相/超硬材料复合材料;研究了这种新型超硬复合材料的性能。在材料制备,合成机理分析、微观结构、界面结合等方面,有如下的一些成果:
　　针对工业生产的热爆现象和较高的成本,本文以 TiH2粉为 Ti源在1400~1500°C和1350~1500°C保温60~180min无压合成高纯Ti3SiC2和Ti3AlC2/Ti2AlC粉体。以TiH2做Ti源研究Ti-A-C(A=Si、Al)体系热量变化和合成温度,保温时间等因素对生成物成分、纯度和结构的影响。
　　为推广 MAX相应用领域,同时弥补传统单相金属结合剂或陶瓷结合剂的不足,采用实验室自制Ti3SiC2粉和商业cBN微粉为原料,在4.5 GPa下成功地合成Ti3SiC2结合聚晶立方氮化硼复合材料(PCBN),且两者界面结合良好。以Ti,Al, TiC粉在4.5GPa和1100~1250°C原位合成Ti3AlC2结合PCBN;研究原料种类和烧结温度等因素对基体成分的影响,表征材料的物相组成,微观形貌,摩擦学性能并分析其磨损破坏机理。
　　以 Ti3SiC2粉和金刚石粉为原料分别在3GPa(900°C)和4.5GPa(1100°C)合成Ti3SiC2结合聚晶金刚石复合材料(PCD),同时探索Ti3SiC2在超高压下的稳定相区。当制备条件超出Ti3SiC2稳定相区(5GPa下1200°C和1400°C)时,基体中有TiC生成。以Ti、Si、SiC、石墨和金刚石粉为原料,在4GPa和1100°C下原位合成Ti3SiC2结合PCD。超高压下金刚石颗粒表面石墨化形成的C原子参与Ti3SiC2的合成反应, Ti3SiC2和金刚石颗粒之间形成过渡层,牢固的化学结合力使界面结合紧密,保证材料界面强度。Ti3SiC2和金刚石颗粒良好的结合特性保证了超硬复合材料的优良的力学性能。
　　尝试将Ti3SiC2等若干MAX相应用到超硬领域;研究结果表明Ti3SiC2等若干MAX相与超硬微粉界面结合良好,MAX相有望成为高性能超硬材料结合剂。

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1 引言

1.1 背 景

1.2 MAX相简介

1.3 Ti3SiC2基复合材料的研究现状

1.4 MAX相稳定性研究现状

1.5 本文研究目的、内容和意义

2 MAX相粉体合成工艺研究

2.1引言

2.2 Ti3SiC2粉体制备与机理分析

2.3无压法合成Ti3AlC2/Ti2AlC及机理分析

2.4 本章小结

3 MAX相结合PCBN研究

3.1 引言

3.2 Ti3SiC2结合PCBN制备及表征

3.3 Ti3AlC2结合PCBN制备及表征

3.4 本章小结

4 Ti3SiC2结合聚晶金刚石研究

4.1 引言

4.2分步法制备Ti3SiC2结合PCD制备

4.4 本章小结

5结 论

参考文献

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