Ti3AlC2陶瓷材料研究进展.pdf

维普资讯hlp:w.cqip.com
学魚魚sw. xue Iul I.cenm
第18卷第4期
粉末金
Vol 18 No 4
2008年8月
POWDER METALLURGY INDUSTRY
Aug.2008
Tia Alc2陶瓷材料研究进展
陈秀娟李建伟
(1.兰州理工大学甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,甘肃兰州730050
2.兰州理工大学机电工程学院,甘肃兰州730050)
摘要:综合阐述了合成Ti2AIC2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 Ti, AIC2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
Ti3AIC2的研究进展。
关键词:结构与性能; Ti, AC2;自蔓廷高温合成
中图分类号:TF125.3
文献标识码:A
文章编号:1006-6543(2008)04-0040-04
PROGRESS IN RESEARCH OF SYNTHESIZE Ti: AC2 CERAMICS
CHEN Xiu-juan., LI Jian-wei
(1. State Key Laboratory of Gansu Advanced Non-ferrous Meral Materials, Landzhou Uni
versity of technology, Lanzhou 730050, P. R. China; 2. College of Mechano-electronic
Engineering, Laudzhou University of technoiogy, Lanzhou 730050, P. R. China
Abstract: The progress in research of synthesized Ti Alc? is summarized. The ternary layered
Ti3 ALC2 ceramic has the adrantages of both the metal and ceramic High-purity polycrystal
line Tis Alc2 can be prepared by SHS or HP or HIP or SPS, while self propagation high tem
perature synthesis shows special advantages. The self propagation high temperature synthesis
of novel layered Ti, ALC2 ceramics is introduced
Key words: structure and properties; Ti Alc2; self propagation high temperature synthesize
1994年, Pietzka和 Schuster最早报道了合成艺2, Lopacinski等报道了以Ti粉C粉和TAI
Ti3AIC2材料,这些化合物可以用统一的分子式粉为原料,利用燃烧合成技术合成了Ti2AIC2,但未
M-1AXn表示,其中M为过渡金属,A主要为Ⅲ和进行深入研究。 Yong Zou等用放电等离子烧结
Ⅳ族元素,X为C或N1。作为一类具有层状结构(SPS或PDS)方法合成了Ti3AIC2。而国内对
的三元碳化物受到了材料科学工作者的广泛重视。Ti2AIC2的研究虽稍晚几年5~1,但取得了较大的
而Ti3AC2综合了金属和陶瓷的双重性能:良好的进展。陈克新以T粉、Al粉、C粉为原料,首先以
导热导电性能,较低的维氏硬度,较高的弹性模量和燃烧合成工艺制备Ti3AIC2粉体,然后以燃烧合成
剪切模量;可以进行机械加工,有较高的屈服强度,T3AIC2粉体为原料,在1400℃和5MPa下热压烧
高熔点,高热稳定性和良好的抗氧化性能。最初,制结并保温2h,得到了致密的单相新型Ti2AIC2陶瓷
备这类材料的主要方法有反应合成法和CVD材料。测得密度为4.2g/cm3,是理论密度的
法归。2000年, Tzenov和 Barsoum用热等静压工98.9%。中科院沈阳金属所周延春等[通过采用固
收稿日期:2007-03-27
作者简介:陈秀娟(1965-),女(汉),甘肃兰州人,教授,主要从事自蔓延高温合成研究
资讯hlp:iwv.Cqvip.com
ww. xlctutl. com
第4期
陈秀娟等:Ti3AIC2陶瓷材料研究进展
液相反应合成工艺,以Ti粉、A1粉、C粉为原料,重量只从0.1X10kg/m2増加到0.91×10kg/m2
将混合料首先加热到1500℃保温5min,加压25表明Ti3AlC2具有非常优异的抗氧化性能?。室温
MPa,所得块体材料在1200℃热处理20min,成功下,Ti3AIC2的杨氏弹性模量和 Vickers显徽硬度分
制备出致密Ti3AlC2块体材料,测得密度为4.21g/别为297GPa和3.5GPa,抗压强度和抗弯强度分
cm23,是理论密度的99%。
别为560士20MPa和37士15MPal。Ti3AIC2的
个优异性能是其可以用高速钢刀具进行机械加
1Ti3AlC2的结构与性能
工,且不需冷却和使用润滑剂。它们在被加工时并
不是像金属那样发生塑性变形,而是发生微细薄片
Ti3AIC2陶瓷由于其同时具有金属和陶瓷的优的剥落]。 Tzenov2的研究表明Ti3AlC2还具有良
良性能而引起了材料科学工作者的浓厚兴趣。好的耐热震性,温度超过1600℃时,受压变形过程
TTI AC2属于层状六方晶体结构(见图1),其空间群伴随着明显的塑性,且此时对应着很高的压应力
为P63/mmc,晶格常数a=0.30753nm,c=1.8578(1200℃时为200MPa)。Wang也研究了其热震
nm2。 Ti, ALC2的理论密度为4.25g/cm2。紧密性,将样品加热到不同的温度后,浸入水中,再测定
堆积的TiaC八面体被由A1原子形成的Al层分隔其抗弯强度,结果表明,随着温度的提高800
开来,C原子位于八面体的中心,每一个晶胞中含有1300℃,抗弯强度的降低值减小,800℃C时,从340
两个 Ti AIC2分子。在 Tis AIC2的结构中,Ti与CMPa降低到220MPa。而1300℃时,则从340
之间为典型的强共价键结合;而AI原子层内部及MPa降低到320MPa,说明在高温下Ti3AIC2具有
A1原子与Ti之间为弱键结合,这种各层间弱键结较好的抗热震性。正是基于此, Tia AIC2陶瓷的应
合的特征类似于石墨层间的 Van de Walls力弱键用前景是极其广泛且倍受关注1?
结合。而正因为Ti3AlC2在结构上有上述的特点,
使其兼具了金属和陶瓷的诸如导电、导热性以及高2Ti3AIC2陶瓷的制备方法
强度、可加工性等许多优异的性能
在当前的报道中,使用的方法有三种:自蔓延燃
烧合成(SHS),烧结(包括HIP/HP),放电等离子烧
结(SPS)。
自蔓延燃烧合成(SHS)Ti3AIC2,选取金属Ti
粉末>50pm(300目)、高纯铝粉[纯度9.5%,>
Ti(II
74pm(200目)]和碳黑作为原料。原料粉末以
Ti()
酒精为媒介球磨混合24h。将