【摘 要】
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三元层状陶瓷材料Ti3AlC2兼具陶瓷和金属的优良特性,2024Al具有优异的导电、导热、耐腐蚀等性能。以2024Al为金属基体,Ti3AlC2为增强相有望制备综合性能优越的复合材料,满足机械工程领域中轻质性、高强度、耐磨损和界面结合良好的要求。本论文以Ti粉、Al、Sn粉和Ti C粉为初始原料,通过原位反应烧结法制备了不同孔隙率的多孔Ti3AlC2预制体,然后将熔融金属2024Al在真空无压条件
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三元层状陶瓷材料Ti3AlC2兼具陶瓷和金属的优良特性,2024Al具有优异的导电、导热、耐腐蚀等性能。以2024Al为金属基体,Ti3AlC2为增强相有望制备综合性能优越的复合材料,满足机械工程领域中轻质性、高强度、耐磨损和界面结合良好的要求。本论文以Ti粉、Al、Sn粉和Ti C粉为初始原料,通过原位反应烧结法制备了不同孔隙率的多孔Ti3AlC2预制体,然后将熔融金属2024Al在真空无压条件下浸渗预制体,获得了Ti3AlC2/2024Al基双连续相复合材料。在此基础上,本论文系统地分析了预制体的气孔率、陶瓷相晶粒尺寸与形貌等因素对Ti3AlC2/2024Al双连续相复合材料的微观结构、物相组织、力学性能的影响。测试并分析了Ti3AlC2/2024Al双连续相复合材料的高温力学性能及抗热冲击性能,研究结果显示;1.将摩尔比为1:1.1:0.1:1.78的Ti粉、Al粉、Sn粉和Ti C粉混合,50 MPa压力成型,通过无压烧结法制备出气孔率可调的高纯Ti3AlC2预制体。在1450℃分别保温10 min、20 min和30 min,50 MPa压力成型。烧结制备的Ti3AlC2预制体的显气孔率分别为48%、41%和35%。预制体内部疏松多孔且保型性好,完全符合无压浸渗对预制体的要求。2.采取浸渗温度为930℃,保温3h的浸渗工艺,获得致密度良好、陶瓷相和金属相呈三维网络连续分布的Ti3AlC2/2024Al基复合材料。部分Ti3AlC2被2024Al侵蚀成了Al3Ti和Ti C。在此过程中,Ti3AlC2由之前的大板状颗粒变成一个个细小颗粒,在其周围分布着一些Ti C颗粒和棒状Al3Ti。棒状Al3Ti由于其特殊的生长机制有效的将Ti3AlC2骨架连接起来进一步增强陶瓷骨架连续性。3.制备的双连续相Ti3AlC2/2024Al基复合材料致密度高（达到95%）且力学性能优良。随着预制体气孔率的降低,复合材料的常温力学性能有所提高,其中65Ti3AlC2/2024Al弯曲强度可以达到593 MPa,硬度为2.74 GPa,压缩强度为734MPa断裂韧性KIC为6.61 MPa.m1/2。4.制备的双连续相Ti3AlC2/2024Al基复合材料具有优异的高温力学性能和抗热震性能。其中在300℃和400℃的条件下52Ti3AlC2/2024Al的弯曲强度分别为442MPa和308 MPa,压缩强度分别为532 MPa和394 MPa。在400℃热震后,52Ti3AlC2/2024Al残余弯曲强度为450 MPa,相比热震前的强度仅下降了5%。复合材料具有优异的常温、高温力学性能和抗热冲击性能主要与双连续相复合材料中Ti3AlC2和2024Al基体优异的界面结合以及生成的棒状Al3Ti进一步提高了复合材料陶瓷骨架的连续性有关。
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