几种三元层状陶瓷固溶体的制备和表征
文献类型：学位论文
| 作者 | 孟凡玲 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-16 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 周延春 |
| 关键词 | 三元层状陶瓷 Ti2AlC V2AlC Cr2AlC Ti3SiC2 固溶强化 高能球磨 |
| 其他题名 | Synthesis and characterization of several ternary layered ceramics solid solutions and nanostructured Ti3SiC2 |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | MN+1AXN相是一种三元层状可加工陶瓷，因为其综合了金属和陶瓷的优异性能，例如低密度、高模量、良好的导电和导热性能、优异的抗热震性能、可加工性等，受到了广泛的关注。根据N值的不同，MAX相可分为211相、312相和413相。迄今为止已经合成40余种211相，而312相和413相则相对很少。近年来，除了对单质的研究， MAX相固溶体也受到越来越广泛的关注。可以通过固溶处理来调整MAX相的强度、硬度和抗氧化等性能。本论文的大部分内容是研究MAX相的固溶体。其一是通过固溶调整材料的力学性能，达到强化的目的；其二是通过固溶制备N > 1的固溶体，为在原子尺度调整材料的性能提供可能性。 除此之外，本论文还研究MAX相中的Ti3SiC2相。最近的研究表明，Ti3SiC2可以作为第四代核反应堆或聚变堆的候选材料，它的工作温度是800-1000℃，所以把Ti3SiC2的韧脆转变温度降到1000℃以下是能否应用的前提条件。而纳米化有可能降低陶瓷材料的韧脆转变温度，因此我们研究了如何用高能球磨加热处理的方法制备纳米Ti3SiC2，以使纳米Ti3SiC2具有良好的综合性能。 综上所述，本研究主要分为以下几个方面： 第一，制备(Ti,V)2AlC、Ti2(Al,Sn)C和(Ti,V)2(Al,Sn)C固溶体并研究其显微结构、力学性能和电学性能。研究表明，用少量的V取代Ti可以提高Ti2AlC的强度和硬度，从而达到固溶强化的目的。其原因有二：首先，V比Ti多一个价电子，多余的价电子填充到M-A的p-d杂化轨道，从而增强了原来结合最弱的Ti-Al键。其次，由于V的原子半径比Ti小，取代后的固溶体晶格常数减小，价电子的密度会增加，所以强度也会增加。用Sn取代Al以后的固溶体，其强度和硬度在取代5%时略有下降，其后随着Sn含量的增加而提高，但是提高的程度低于(Ti, V)2AlC。其原因和(Ti, V)2AlC的类似，首先，Sn比Al多一个价电子，多余的价电子填充到M-A的p-d杂化轨道，从而增强了原来结合最弱的Ti-Al键，从而提高强度。其次，由于Sn比Al的原子半径大，取代后的固溶体晶格常数比Ti2AlC的大，这样使价电子的密度减少，使强度降低。而最终的性能取决于两个因素的综合影响，因此就出现了力学性能先减小后增加的现象。除了只在一个位置取代形成固溶体以外，我们还研究了同时在M和A两个位置取代形成的(Ti, V)2(Al, Sn)C固溶体。对力学性能的影响因素同上所述，其结果是在较小的固溶度下，强度提高的程度介于(Ti, V)2AlC和Ti2(Al, Sn)C之间，随着固溶度的增加，强度要高于相同V 和Sn 固溶度下的(Ti, V)2AlC和Ti2(Al, Sn)C。 第二，制备了(V, Cr)2AlC固溶体并研究了其显微结构、力学性能和电学性能。正如第一原理计算显示的一样，在V含量为50 at%时，(V, Cr)2AlC固溶体出现了固溶强化现象。而且，固溶体的制备工艺要比V2AlC和Cr2AlC的制备工艺简单。 第三，在(V, Cr)N+1 AlC N体系中，第一次发现了(V, Cr)3 AlC 2、(V, Cr)4 AlC 3、(V, Cr)5 Al2C 3等 N > 1的固溶体，用透射电镜对固溶体进行了原子尺度的表征。N > 1固溶体的发现为通过调整N值的大小来调整V-Cr-Al-C体系MAX相的性能提供了可能。 第四，利用高能球磨加热处理的方法，制备出纳米尺寸的Ti3SiC2。研究了球磨强度、球磨时间、原料的纯净度、金属Al添加和烧结时升温速率对制备纳米Ti3SiC2的影响，并最终在较低的反应温度1050℃制备出晶粒尺寸为70 nm的Ti3Si(Al)C2。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 135 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17033]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 孟凡玲. 几种三元层状陶瓷固溶体的制备和表征[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2008. |
入库方式： OAI收割
来源：金属研究所
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