几种新型三元碳化物可加工陶瓷的合成与性能
文献类型：学位论文
| 作者 | 胡春峰 |
| 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 | 包亦望 |
| 关键词 | Ta2AlC -Ta4AlC3 Nb4AlC3 V2AlC V4AlC3 原位反应合成 物理性能 力学性能 |
| 其他题名 | Synthesis and Characteristics of Several New Machinable Ternary Carbides |
| 学位专业 | 材料学 |
| 中文摘要 | 三元层状可加工陶瓷Mn+1AXn (n = 1，2，3)(其中M是过渡族金属，A是主族元素，X是C或N元素)结合了陶瓷和金属的优点，具有低硬度、可机械加工、高模量、高强度、优良的损伤容限和抗热震性、高的电导率和热导率，是极具应用前景的结构材料。近十年来，国内外的学者对这个家族的成员进行了广泛深入的研究，了解了一些三元化合物的结构、物理性能和力学性能。但是，很多的问题依然存在。例如，其它三元层状化合物成员的性能如何、以及是否存在新相等等。基于此，我们在总结前人的基础上，对MAX相开展更进一步的研究。本文探索了Ta-Al-C、Nb-Al-C和V-Al-C体系，合成了Ta2AlC、-Ta4AlC3、Nb4AlC3、V2AlC和V4AlC3陶瓷，其中-Ta4AlC3、Nb4AlC3和V4AlC3为三种新的MAX相。另外，我们研究了Ta2AlC、-Ta4AlC3、Nb4AlC3和V2AlC的物理性能和力学性能。相关的内容论述如下： (A)以Ta、Al和C粉为原料通过原位反应/热压工艺制备出Ta2AlC陶瓷。通过研究其反应路径发现Ta2AlC可能由AlTa2和石墨，或者Ta5Al3C、TaC和石墨在1500-1550oC反应生成。单相Ta2AlC可由摩尔配比为Ta : Al : C = 2 : 1.2 : 0.9的混合粉在1550oC氩气中烧结合成。另外，Ta2AlC在1600oC以上不稳定，它首先分解为-Ta4AlC3，再分解为TaCx。 (B)通过原位反应/热压工艺制备的致密Ta2AlC块体材料平均晶粒尺寸长度为15 m，而宽度为3 m。对其物理性能和力学性能研究发现Ta2AlC是良好的热电导体。它的弯曲强度和断裂韧性分别为360 MPa和7.7 MPa•m1/2。在样品表面打上不超过200N的维氏压痕后其弯曲强度不下降。在1200oC高温时，Ta2AlC仍能维持高的弹性模量和表现出优良的热震阻力。 (C)以Ta、Al和C粉为原料通过原位反应/热压工艺制备出致密-Ta4AlC3块体陶瓷，并确定了其晶格参数和X射线衍射数据。对它的物理性能和力学性能进行研究发现-Ta4AlC3具有高的电导率和热导率，其弯曲强度和断裂韧性分别为372 MPa和7.7 MPa•m1/2。在样品表面打上不超过200N的维氏压痕后，其弯曲强度不下降。另外，在1200oC的空气中，-Ta4AlC3仍能维持高的弯曲强度和表现出优良的热震阻力。 (D)通过在1700oC对块体Nb2AlC进行热处理，发现了一种新的MAX相：Nb4AlC3。经X射线衍射、高分辨透射电镜和第一原理计算，确定了其晶格结构为Ti4AlN3型。 (E)以Nb、Al和C粉为原料通过原位反应/热压工艺制备出致密Nb4AlC3块体陶瓷，系统研究了其反应路径、显微结构、物理性能和力学性能。Nb4AlC3在200-1100oC温度范围内的平均热膨胀系数为7.2×10-6 K-1。从室温至1227oC，Nb4AlC3的热导率从13.5 W•(m•K)-1升高为21.2 W•(m•K)-1。在5-300 K温度范围内，Nb4AlC3的电导率从3.35×106 Ω-1•m-1下降为1.13×106 Ω-1•m-1。另外，Nb4AlC3具有低的硬度(2.6 GPa)，高的弯曲强度(346 MPa)和高的断裂韧性(7.1 MPa•m1/2)。最重要的是，Nb4AlC3能够维持其弹性模量和弯曲强度至很高的温度。它的弹性模量在1580oC时为241 GPa (为室温弹性模量的79%)，弯曲强度可维持到1400oC以上不下降。 (F)以V、Al和C粉为原料通过原位反应热压技术合成出了V2AlC陶瓷，在1400-1700oC的烧结温度下可制备出含不同晶粒尺寸的单相致密V2AlC块体。研究了其力学性能，发现在1500oC烧结的样品具有最高的弯曲强度和断裂韧性，而在1400oC烧结的样品表现出最高的压缩强度。此外，V2AlC的高温弹性模量可维持到1200oC。 (G)以V、Al和C粉为原料通过原位反应/热压工艺在1700oC制备出一种新的MAX相：V4AlC3。使用X射线衍射分析和第一原理计算，确定其晶格结构为Ti4AlN3型。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 143 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17108]  |
| 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 | 胡春峰. 几种新型三元碳化物可加工陶瓷的合成与性能[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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