反應(yīng)熔滲法制備Ti3SiC2材料及其載流摩擦磨損性能研究.pdf

1、本文采用兩個(gè)系列配比，分別以Ti/TiC/Si和Ti/TiC/Si/C為原料，采用反應(yīng)熔滲燒結(jié)工藝，通過(guò)調(diào)整原料的起始配比、燒結(jié)工藝參數(shù)（燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間），尋找制備合成Ti3SiC2材料的最佳方法。得出以Ti/TiC/Si為原料，其摩爾配比為n(Ti)∶n(TiC)∶n(Si)=1∶2∶0.2，在1500℃下滲硅燒結(jié)30min，可以制得高純致密的Ti3SiC2材料，利用X-射線衍射物相定量分析測(cè)得Ti3SiC2含量高達(dá)97wt％以上

2、，利用阿基米德排水法測(cè)得試樣氣孔率僅為4.6vol％，表明此工藝是合成Ti3SiC2材料的最佳原料和最佳工藝參數(shù)。
　　 以Ti/TiC/Si為原料合成Ti3SiC2材料的反應(yīng)機(jī)理為熔滲和擴(kuò)散反應(yīng)兩個(gè)過(guò)程。在高溫熔滲條件下，Ti/TiC/Si預(yù)制體中的Si粉熔化，在預(yù)制體骨架內(nèi)部形成連通孔隙，將待熔滲的Si液“誘”進(jìn)預(yù)制體骨架，Ti和TiC顆粒在液相中發(fā)生重排，分布更加均勻；Si原子向Ti表面擴(kuò)散形成Ti-Si(L)層，同時(shí)Si

3、和Ti反應(yīng)生成鈦硅化合物Ti5Si3，Ti5Si3逐漸與β-Ti形成Ti-Si(L)，Ti-Si(L)加速了TiC原子在試樣中的擴(kuò)散，繼而使Ti-Si(L)與TiC反應(yīng)合成Ti3SiC2材料。
　　 本研究還對(duì)反應(yīng)熔滲燒結(jié)制備的Ti3SiC2塊體材料的力學(xué)性能和載流摩擦磨損性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：試樣中Ti3SiC2的含量和氣孔率，是制約試樣彎曲強(qiáng)度和硬度的重要因素。隨著試樣中Ti3SiC2含量的增加，試樣的彎曲強(qiáng)度和硬度也隨

4、之增加。當(dāng)燒結(jié)試樣中Ti3SiC2的含量為97.3wt％，氣孔率為4.6vol％時(shí)，試樣的彎曲強(qiáng)度和硬度分別為252MPa和163.5HB。
　　 Ti3SiC2材料的載流摩擦系數(shù)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都表現(xiàn)出隨機(jī)波動(dòng)性，并且其相對(duì)穩(wěn)定期的波動(dòng)行為服從近正態(tài)分布。材料的載流摩擦穩(wěn)定性隨電流和轉(zhuǎn)速的增大而減弱，隨法向載荷的增大而增強(qiáng)。載流條件下，Ti3SiC2材料的摩擦系數(shù)和磨損率隨電流的增大而增大，隨法向載荷的增大而減?。浑S著轉(zhuǎn)速的增