SiC-Ti3SiC2復(fù)合材料的原位合成反應(yīng)與組織性能研究.pdf

1、本文以超細(xì)SiC/TiH2/C粉末為原料，熱等靜壓原位合成制備高SiC含量細(xì)晶SiC-Ti3SiC2復(fù)合材料，采用XRD、SEM、TEM和第一性原理模擬計(jì)算等方法探索復(fù)合材料的原位合成反應(yīng)機(jī)理及材料組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，主要結(jié)論如下:
　　在1600℃-100MPa-2h熱等靜壓工藝條件下，β-SiC/TiH2/C為原料的原位合成反應(yīng)所得材料以β-SiC和TiC為主晶相，目標(biāo)相Ti3SiC2的含量極微;α-SiC/TiH2/C原料

2、體系則成功合成預(yù)期的SiC-Ti3SiC2復(fù)合材料。研究表明原料SiC的晶型對(duì)SiC/Ti/C原料的原位合成反應(yīng)及復(fù)合材料的具有重要影響。
　　SiC-TiC界面的第一性原理界面能計(jì)算結(jié)果顯示:β-SiC-TiC密排和非密排界面體系的界面能平均值分別為3.81J/m2和4.37J/m2;α-SiC-TiC體系分別為4.03J/m2和6.32J/m2，β-SiC-TiC體系的界面能整體要低于α-SiC-TiC體系。β-SiC與TiC

3、具有類似的晶體結(jié)構(gòu)及相近的晶胞參數(shù)，二者界面能較低，有利于在β-SiC表面生成TiC新相，導(dǎo)致Ti3SiC2原位合成反應(yīng)受到抑制。TEM高分辨結(jié)果證實(shí)β-SiC-TiC界面形成共格匹配，與CASTEP界面模擬的實(shí)驗(yàn)結(jié)論吻合。
　　以α-SiC/TiH2/C為原料，采用熱等靜壓工藝在1600℃-100MPa-4h工藝條件下制備出46vol.％SiC-Ti3SiC2、58vol.％SiC-Ti3SiC2和65vol.％SiC-Ti3S

4、iC2系列樣品，XRD和金相分析顯示所有樣品中均以α-SiC和Ti3SiC2為主晶相，三個(gè)樣品致密度分別達(dá)到了99.3％、98.5％和97.3％，較為致密。金相和SEM分析顯示樣品組織均勻分散。力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果顯示樣品在保留了SiC高硬度的同時(shí)較大幅度提升了材料的斷裂韌性，46vol.％SiC-Ti3SiC2樣品的硬度和斷裂韌性分別達(dá)到了17.8GPa和6.2 MPa·m1/2。隨著復(fù)合材料中SiC含量的增加，材料的硬度增加，三點(diǎn)彎曲強(qiáng)