Ti3SiC2陶瓷材料的研究进展

层状结构的Ti3SiC2陶瓷属于六方晶体结构,空间群为P63/mmc. 它结合了金属和陶瓷的许多优异性能, 如极好的导电、导热能力, 优良的可加工性, 高的抗氧化性、耐化学腐蚀性, 出色的抗热震性、高温强度和高温塑性, 良好的自润滑性等, 因而可以预料Ti3SiC2将成为重要的高温结构陶瓷和功能材料. 该文从Ti3SiC2材料的结构、组成与性能入手, 对其制备方法及应用进行综合评述.     

高性能陶瓷材料Ti3SiC2的研究进展

主要介绍了Ti3SiC2的制备方法、性能和应用.     

Ti3AlC2陶瓷材料研究进展

综合阐述了合成Ti3AlC2新型陶瓷材料的研究现状.三元层状陶瓷材料Ti3AlC2具有金属和陶瓷的优点.应用SHS、HP、HIP和SPS等方法可以制得高纯度Ti3AlC2材料,然而自蔓延高温合成有着特殊的优点.本文从自蔓延高温合成方面介绍了新型陶瓷材料Ti3AlC2的研究进展.     

热障涂层制备技术及陶瓷层材料的研究进展

综述了先进航空发动机热障涂层体系的研究进展,对近年来国内外热障涂层的制备技术和陶瓷层材料体系进行了详细介绍,展望了下一代高性能航空发动机热障涂层的研究和应用前景。     

新型热障涂层材料及其制备技术的研究与发展

热障涂层（thermal barrier coatings,TBCs）能有效的提高航空发动机热端部件的工作温度和使用寿命。目前应用最为广泛的热障涂层材料为氧化钇部分稳定氧化锆（yttria-stabilized zirconia,YSZ）,该热障涂层材料在服役温度高于1200℃下会发生相变,严重影响航空发动机的使用寿命和服役安全,难以满足新一代航空发动机的服役要求。本文综述了新型热障涂层材料的研究现状,重点介绍了掺杂改性氧化钇部分稳定氧化锆、烧绿石或萤石结构材料、钙钛矿结构化合物、磁铅石矿结构化合物以及新型黏结层材料的研究进展和发展方向,并论述了热障涂层制备技术的方法原理和优缺点,最后对热障涂层材料和制备方法的发展趋势进行了展望。     

V2O3系PTC陶瓷材料的研究进展

PTC陶瓷材料是一种在基础科学和应用领域有着极为广泛用途的电子材料,可被用于自动调节加热器、温度传感器、保护和延时开关等工业产品.与其他PTC陶瓷材料相比,V2O3系PTC陶瓷材料在常态下有比较低的电导率和大的通流能力,其PTC效应来源于金属-绝缘体相变诱发的体效应,相变中没有晶体结构的变化,可用作过电流保护.通过改变掺杂浓度、温度、压力等因素,V2O3系PTC陶瓷材料会发生顺磁金属相和顺磁绝缘相的相变,这被认为是一个典型的由电子强关联作用引起的莫特转变,因此V2O3系PTC陶瓷材料可以为许多理论模型和实验手段提供一个检验平台.相对于其他PTC材料,V2O3系陶瓷材料的PTC效应来源于一种体效应,其PTC特性不受电压和频率的影响.由于相变过程中有电导的变化,可以作为导电材料来改善高温下锂离子电池的安全性能.简单介绍了PTC陶瓷材料的研究背景及分类,总结了V2O3系PTC陶瓷材料的产生机制、主要特点、影响因素和制备方法,并展望了V2O3系PTC陶瓷材料的应用前景及发展趋势.     

金属醇盐在制备陶瓷材料中的应用进展

系统地介绍了金属醇盐的特性、制备方法及其在制备功能陶瓷和超导材料中的应用。     

粉末冶金的陶瓷材料及其加工技术

针对金属陶瓷材料粉末冶金技术开发方兴未艾的趋势,介绍了粉末陶瓷原料的制备技术,阐述了特种陶瓷成形工艺,研究了特种陶瓷的烧结方法,提出了特种陶瓷技术的未来发展前景.     

一维SiC纳米材料制备技术研究进展

一维SiC纳米材料由于具有独特的电学、光学及力学性能,在新型纳米光电子器件、生物医学传感器、储能和材料增韧等领域拥有广阔的应用前景。介绍了基于气相-液相-固相(VLS)、固相-液相-固相(SLS)、气相-固相(VS)和氧化物辅助生长的生长机制(OAG)制备一维SiC纳米材料的方法,并分析了各种方法的特点。一维SiC纳米材料的制备方法主要存在以下几个问题:(1)工艺过程中温度高(模板法、激光烧蚀法、电弧放电法、热蒸发法、碳热还原法)或压力大(溶剂热法),涉及过程复杂;(2)产物中常含有金属杂质(如金属气-液-固(VLS)催化生长法)或表面包覆SiO2层(激光烧蚀法、电弧放电法、碳热还原法),形貌不均一;(3)产量低(模板法、溶剂热法)。这些问题制约了高纯一维SiC纳米材料的制备及其本征性能的研究,也不利于实现一维SiC纳米材料的规模化生产。因此,发展新型低成本高纯一维SiC纳米材料的制备技术对于推动一维SiC纳米材料的研究、规模化生产以及在相关高科技领域中的应用具有十分重要的意义。     

SiC和Ti(C,N)颗粒弥散陶瓷材料的力学性能与微观结构

采用热压工艺制得SiC和Ti(C,N)双相弥散Al2O3基陶瓷复合材料，该材料具有较高的抗弯强度、断裂韧度和硬度。研究表明：只有在合适的热压工艺和组分条件下才能获得良好的微观结构与力学性能。该陶瓷复合材料的增韧机制主要是裂纹桥联、裂统偏转和颗粒拔出。此外，大量孪晶和位错的存在在对材料的增韧补强也有所贡献。     

层状可加工陶瓷Ti3SiC2自蔓延高温合成反应机理的研究

采用燃烧波淬熄法,以Ti粉、Si粉和C粉为原料研究了层状可加工陶瓷Ti3SiC2在自蔓延高温合成(SHS)中的反应机理.淬熄试样中保留未反应区、反应区和已反应区,用扫描电子显微镜观察燃烧反应中显微组织的转变过程,用能谱仪分析各微区的成分变化,并通过差热分析(DSC-TGA)和XRD分析考察了从600℃到1500℃ Ti-C-Si系统的反应合成过程和相形成规律.结果表明:层状可加工陶瓷Ti3SiC2自蔓延高温合成的机理为溶解-析出机制,Ti粉与Si粉的固态扩散导致低熔点Ti-Si溶液形成,Ti、Si、C粉粒逐渐向Ti-Si溶液中溶解,当溶液中的Ti、Si、C浓度饱和时,从中析出TiC、SiC颗粒,最后形成最终产物Ti3SiC2.     

球磨时间对放电等离子烧结合成Ti_3SiC_2纯度的影响

本文采用原料配比为3Ti/Si/2C/0.2Al(摩尔比)的单质混合粉体为原料,进行机械合金化(MA)和随后的放电等离子烧结(SPS),以制备高纯Ti3SiC2陶瓷,研究了球磨时间对放电等离子烧结制备Ti3SiC2的影响。结果表明,机械合金化混合粉体后,粉体颗粒明显细化。球磨10h,单质混合粉体会发生化学反应,生成TiC,Ti3SiC2混合粉体。继续球磨至20h,生成物混合粉体会显著细化。球磨时间对SPS烧结合成Ti3SiC2有显著的影响。球磨10h,即反应刚刚完毕,最有利于SPS合成致密高纯的Ti3SiC2,球磨时间较短(5h),对Ti3SiC2陶瓷的烧结促进作用不显著,而反应后继续延长球磨时间至20h,会降低烧结体中Ti3SiC2的纯度。采用球磨10h的粉体为原料,经850℃放电等离子烧结可获得纯度高达96%(质量分数,下同)的Ti3SiC2疏松块体,烧结温度提高到1100℃,可获得纯度为99.3%、相对密度高达98.9%的TiSiC致密块体。     

热压法制备Ti3SiC2陶瓷结合剂/金刚石复合材料的组织结构

以Ti、Si、C粉、金刚石磨料为原料,添加适量Al粉,采用热压法制备Ti3SiC2陶瓷结合剂/金刚石复合材料,通过X射线衍射、扫描电镜及能谱分析对该复合材料的组织结构进行观察与分析,并研究烧结温度、助熔剂 Al 含量以及金刚石浓度对复合材料的影响。结果表明,因金刚石的反应活性较差,较低温度下热压时金刚石表面未能生长出Ti3SiC2,1300℃高温下热压形成的Ti3SiC2晶粒发育良好;适量添加Al粉有助于Ti3SiC2的合成;金刚石颗粒浓度从25%增加到50%时,金刚石参与并促进Ti3SiC2的合成,Ti3SiC2含量明显增加;金刚石表面生成晶型发育良好的Ti3SiC2晶粒,实现了磨料与结合剂的化学键合,从而提高结合剂与磨料间的结合力。     

以铝为助剂通过机械合金化和热处理制备Ti3SiC2

采用Ti、Si、C单质粉末为原料,添加少量Al元素粉末为助剂,通过机械合金化和热处理制备高纯Ti3SiC2材料。采用XRD和SEM研究该材料的物相组成和显微结构。研究结果表明,机械合金化Ti、Si、C单质混合粉末,会诱发自蔓延反应,生成组成相为TiC、Ti3SiC2、TiSi2和Ti5Si3的粉末与颗粒产物。添加适量的Al元素可消除硅化物,明显促进Ti3SiC2的反应合成。采用Ti、Si、C、Al单质粉末进行机械合金化,可制备出主相为TiC与Ti3SiC2的粉末与颗粒产物。对掺Al机械合金化粉末产物压制后,在900~1 100℃热处理2 h,可制备出纯度大于95%(质量分数)的Ti3SiC2材料,而颗粒产物在900~1 200℃进行热处理,亦可获得纯度为96%的Ti3SiC2材料。但在1 300℃,热处理产物中的Ti3SiC2会发生严重分解,部分分解为TiC和少量硅化物,使产物纯度降低。     

温度对CVD制备Ti-Si-C涂层中Ti_3SiC_2形成规律的影响

采用TiCl4-CH3SiCl3-H2-Ar反应体系,低压化学气相共沉积(LPCVD)Ti-Si-C三元体系涂层。采用XRD、SEM、EDS和EPMA分析在1 100~1 250℃不同温度下制备的涂层物相组成和形貌结构。结果表明:1 100℃时形成TiC涂层,无Ti3SiC2相;1 150~1250℃时形成TiC与Ti3SiC2复合涂层。当沉积温度为1 200℃时,Ti3SiC2晶粒沿?104?方向择优生长,而在1150℃和1 250℃沉积时,择优取向不明显。1150℃时涂层为多孔细柱和颗粒堆积嵌合结构,当温度为1 200~1250℃时,涂层分为两层,内层过渡层为柱状晶结构,主要成分为TiC;外层为TiC相与Ti3SiC2相复合的板条错堆状结构。     

Ti_3AlC_2自蔓延高温合成中组织分析

用燃烧波淬熄法及借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)研究了Ti3AlC2自蔓延高温合成(SHS)中的显微组织变化,淬熄试样保留了未反应区、预热区、燃烧波前沿、反应区、产物区。试验结果表明,Ti3AlC2自蔓延高温合成机理为溶解-析出-熔化-包晶机制:一方面,Ti和C向Al熔液中溶解,最终导致Al3Ti析出;另一方面,随着C向Ti中扩散,最终导致TiC从Ti-Al-C熔体析出;当温度超过Al3Ti的熔点后,Al3Ti熔化,促使Al3Ti和TiC发生包晶反应生成Ti3AlC2。最终的产物中除了大量的Ti3AlC2外还存在少量Al3Ti和Ti,这与试验使用了较粗的Ti粉有关。     

机械合金化合成Ti_3SiC_2导电陶瓷的形貌特征研究

以Ti、Si、C单质为原料,添加微量的Al为助剂,采用高能球磨的方法合成了以Ti3SiC2为主相、含有一定量的TiC等杂质的混合粉体.球磨8h后,得到了相对纯度较高的Ti3SiC2粉体;同时,在粉体中发现了直径为0.5~1cm扁平的坚硬块体.采用XRD和SEM分析了混合粉体和小块体中Ti3SiC2等组成相的形貌特征.通过分析在不同时间内制备的粉体Ti3SiC2的成分变化和块体断口形貌,发现了Ti3SiC2的块体产物断口表面具有"鸟巢状结构"特征,并对具有该特征的Ti3SiC2块状产物的生成过程进行了讨论.     

放电等离子烧结Ti/(1-x)Ti_3SiC_2+xSiC层状材料的显微结构

以钛粉,硅粉和石墨粉为原料,采用放电等离子烧结技术制备密度为4.14 g/cm3的Ti3SiC2和密度为4.03 g/cm3的0.8 Ti3SiC2+0.2 SiC复合材料,并以此为基础制备Ti/Ti3SiC2/0.8Ti3SiC2+0.2SiC层状材料。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析材料的显微结构与相组成。结果表明:该层状材料的界面结合紧密,没有明显的孔洞、裂纹等缺陷,各层的相组成符合设计要求。经800℃热处理40 h后Ti/Ti3SiC2界面处生成稳定的TiC层,在高温下该层状材料的界面基本稳定。