本发明专利技术涉及一种（ＴｉＢ↓［２］＋ＴｉＣ）／Ｔｉ↓［３］ＳｉＣ↓［２］复相陶瓷材料及其制备方法。复相陶瓷材料由板／柱状ＴｉＢ↓［２］、等轴状ＴｉＣ增强相与层状Ｔｉ↓［３］ＳｉＣ↓［２］基体组成，其中ＴｉＢ↓［２］占材料总体积的５～２０％，ＴｉＣ占材料总体积的１０～１５％。将原料ＴｉＨ↓［２］粉、Ｓｉ粉、石墨粉和Ｂ↓［４］Ｃ粉按摩尔配比为（３．２７～４．４９）∶（１．０４～１．２１）∶２∶（０．０７～０．４３）称量，原料经物理机械方法混匀后装入石墨磨具中冷压成型，在通有保护气氛的热压炉中烧结。本发明专利技术工艺简单，烧结温度低，材料中两种不同强韧相与补强增韧机制协同作用，材料性能优异。
【技术实现步骤摘要】
-本专利技术涉及陶瓷基复合材料及其制备方法，具体为原位热压烧结合成由板/ 柱状TiB2与等轴状TiC多元增强的Ti3SiC2基复相陶瓷材料及其制备方法。
技术介绍
Ti3SiC2是三元层状可加工陶瓷MAX的代表，集金属和陶瓷特性、结构和功 能性质于一身，具有低密度、高模量、抗热震、良好的导电导热性等特点，同时 还具有比传统润滑材料石墨和MoS2更低的磨擦系数和更好的自润滑性能，极有 希望成为新一代的高温结构材料、熔融金属中的电极材料、可加工陶瓷材料、自 润滑材料和电极电刷材料。此外，在300-850K的温度范围内Ti3SiC2的热电能几 乎为零，是迄今为止唯一具有此性能的材料，将在热电材料的精确测定方面有重 要应用。但是，Ti3SiC2常温下的硬度和抗蠕变强度较低，耐磨性和抗氧化性较差， 这严重限制了它的应用通。复相化、自增韧结构是改善材料力学性能、实现补强 增韧的有效途径。目前已有A1203、 TiC、 SiC、 c-BN 、 TiB2、 Zr02等作为增强 相被引入Ti3SiC2以改善其性能(Hu C F, Zhou Y C, Bao Y W， Wan D T. A1203增强 Ti3SiC2复相材料的摩擦性能.美国陶瓷协会杂志，2006， 89(11): 3456-3461; Zhang J F， Wang L J, Jiang W， Chen L D. TiC含量对放电等离子发原位合成 Ti3SiC2-TiC复相材料显微结构与性能的影响.材料科学与工程A， 2008， 487(1-2): 137-143; Zhang J F, Wang L J, Shi L, Jiang W, Chen L D.放电等离子法 制备Ti3SiC2-SiC纳米复相材料.材料快报，2007， 56(3): 241-244; Benko E， Klimczyk P， Mackiewicz S, Barr T L, Piskorska E. cBN-Ti3SiC2复相材料.类金 刚石膜的性质及应用，2004, 13(3): 521-525; Zhou W B， Mei B C, Zhu J Q.热压法 原位合成Ti3SiC2/TiB2复相材料.武汉理工大学学报自然科学版，2008， 23(6): 863-865; Shi SL， Pan W.放电等离子法制备3Y-TZP增韧的Ti3SiC2 .材料科学 与工程,2007， 447(1-2): 303-306)，但通常采用一种强韧相，补强增韧机构单一，补 强增靭效果有限。Chen等(Chen J X， Li J L， Zhou Y C.在Ti02-Al-C体系中原位 合成Ti3AlC2/TiC-Al203复相材料.材料科学与技术,2006, 22(4): 455-458)在利 用3Ti02-5Al-2C体系的燃烧反应制备Ti3AlCrAl203复合材料时，意外制得了Ti3AlC2/TiC-Al203复合材料，该材料表现出比纯Ti3AlC2陶瓷更高的硬度和强度， 但断裂韧性略有下降。Zan等(Zan Q F， Dong L M, Wang C， Wang C A, Huang Y.通过向层状Al203引入SiC晶须增强Al20/Ti3SiC2复相陶瓷的机械性能.陶瓷国际,2007， 33: 385-388)将SiC晶须作为2级增韧相，加入到多层结构韧化的 Al20/Ti3SiC2多层陶瓷的Al2Cb层中，由于1级韧化机制(多层结构韧化)、2级 韧化机制(晶须增韧)以及二者的协同作用，材料表现出优异的机械性能弯曲强 度688MPa，断裂功2583J'm、但采用机械混合法引入增强相，制备工艺也比较 复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改进现技术的不足而提供了一种(TiB2+TiC)/Ti3SiC2复 相陶瓷材料，本专利技术的另一目的是提供了上述复相陶瓷材料的制备方法。本专利技术的技术方案为利用原位合成的方法制备(TiB2+TiC)/Ti3SiC2复相陶瓷材料，其基本原理是TiH2在高温下分解产生Ti，然后Ti与Si、C反应生成Ti3SiC2 基体，同时Ti也与B4C通过反应原位生成TiB2与TiC两种不同形貌不同增强机 理的联合增强相，从而一步制备得(TiB2+TiC)/Ti3SiC2材料。由阿基米德法测得的 (TiB2+TiC)/Ti3SiC2块体材料的致密度大于99%。本专利技术的具体技术方案为 一种(TiB2+TiC)/Ti3SiC2复相陶瓷材料，其特征在于由板/柱状TiB2与等轴状TiC增强相和层状Ti3SiC2基体组成，其中二硼化钛 占材料总体积的5~20%，碳化钛占材料总体积的10~15%。本专利技术还提供了制备上述复合材料的方法，其具体步骤为将原料TiH2粉、 Si粉、石墨粉与B4C粉按摩尔比n(TiH2):n(Si):n(C):n(B4C)为 (3.27~4.49):(1.04~1.21):2:(0.07~0.43)称量；原料粉末经物理机械方法混匀后装于 表面涂有保护涂层的石墨模具中冷压成型，在通有保护气氛的热压炉内烧结。优选所述的B4C粉为粒度范围为3~10微米粉；所述的TiH2粉和Si粉粒度 为-300目。石墨粉为粒度范围为5~20微米粉。优选冷压成型压力为1 3MPa。优选烧结过程中升温速率为10~50°C/min; 烧结温度为1400~1600°C;烧结时间为1.5~2小时、烧结压强为22 25MPa。本专利技术优选在烧结过程中升温至800 900。C时无压预保温50~60分钟。无压 预保温后以每升高50。C增压1.5 2.5MPa的速率加至烧结压强。优选烧结过程中4的保护气氛为氩气。本专利技术提供一种力学性能好、操控简单、工艺条件容易控制、成本低的致密 (TiB2+TiC)/Ti3SiC2原位合成材料及其制备方法，材料中含有板/柱状的TiB2和等 轴状的TiC两种增强相和相应的两种增强机制。有益效果1. 以TiH2作为提供Ti源的原料，其在加热过程中于90(TC前完全分解产 生纯净、细小、高活性的Ti粉，避免了传统的直接以Ti粉作为钛源时，Ti粉不 可避免的氧化对材料组成、结构和性能的不利影响。同时，TiH2价格较Ti粉低且易于保存。2. TiH2分解产生的纯净、细小、高活性的Ti粉，在随后的加热过程中与 Si、 C反应生成Ti3SiC2基体，同时与B4C反应原位合成板/柱状TiB2与等轴状 的TiC两种增强相，从而一步制得(TiB2+TiC)/Ti3SiC2复相陶瓷材料，工艺简单 成本低。3 .制得(TiB2+TiC)/Ti3SiC2复相材料显微结构均匀，由层状Ti3SiC2晶粒、板/ 柱状TiB2晶粒与等轴状TiC晶粒构成，增强相颗粒界面无污染，板/柱状TiB2和 等轴状TiC两种强韧相之间交互作用，两种补强增韧机制相互协同耦合，使材料 的抗弯强度与断裂韧性显著提高。4. 由于TiB2与TiC均具有良好的导电性，制得的(TiB2+TiC)/Ti3SiC2复相材料仍然保持了良好的导电性，可作为电极或电刷材料。5. 利用TiB2和TiC高硬度的特点，(TiB2+TiC)/Ti3SiC2复相材料的硬度和耐 磨性得到显著改善。6. 利用TiB2中的B元素，制得的(Ti本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种（ＴｉＢ↓［２］＋ＴｉＣ）／Ｔｉ↓［３］ＳｉＣ↓［２］复相陶瓷材料，其特征在于：由板／柱状ＴｉＢ↓［２］与等轴状ＴｉＣ增强相和层状Ｔｉ↓［３］ＳｉＣ↓［２］基体组成，其中二硼化钛占材料总体积的５～２０％，碳化钛占材料总体积的１０～１５％。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨建，顾巍，丘泰，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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