[发明专利]一种原位(TiB2+SiC)/Ti3SiC2复相陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种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柱状TiB₂与颗粒状SiC多元增强的Ti₃SiC₂基复相陶瓷材料及其制备方法，即一种原位(TiB₂+SiC)/Ti₃SiC₂复相陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

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更低的摩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。

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。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。目前已有通过引入Al₂O₃、TiC、SiC、c-BN、TiB₂、ZrO₂等作为增强相来改善Ti₃SiC₂性能(Hu C F，Zhou Y C，Bao Y W，Wan D T.Al₂O₃增强Ti₃SiC₂复相材料的摩擦性能[J].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[J].材料科学与工程A，2008，487(1-2)：137-143；Zhang J F，Wang L J，Jiang W，Chen L D.放电等离子法制备Ti₃SiC₂-SiC纳米复相材料[J].材料快报，2007，56(3)：241-244；Benko E，Klimczyk P，Mackiewicz S，BarrT L，Piskorska E.cBN-Ti₃SiC₂复相材料[J].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[J].武汉理工大学学报自然科学版，2008，23(6)：863-865；Shi S L，Pan W.放电等离子法制备3Y-TZP增韧的Ti₃SiC₂[J].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，补强增韧效果有限。Chen等(Chen J X，Li J L，Zhou Y C.在TiO₂-Al-C体系中原位合成Ti₃AlC₂/TiC-Al₂O₃复相材料[J].材料科学与技术，2006，22(4)：455-458)在利用3TiO₂-5Al-2C体系的燃烧反应制备Ti₃AlC₂-Al₂O₃复合材料时，意外制得了Ti₃AlC₂/SiC-Al₂O₃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，Dang L M，Wang C，Wang C A，Huang Y.通过向层状Al₂O₃引入SiC晶须增强Al₂O₃/Ti₃SiC₂复相陶瓷的机械性能[J].陶瓷国际，2007，33：385-388)向多层陶瓷Al₂O₃/Ti₃SiC₂的Al₂O₃层中引入SiC晶须，由于多层结构韧化和晶须增韧的协同作用，材料表现出优异的机械性能：弯曲强度688MPa，断裂功2583J·m^-2，但采用机械混合法引入增强相，制备工艺也比较复杂。顾巍等(顾巍，杨建，丘泰，祝社民原位合成(TiB₂+TiC)/Ti₃SiC₂复合材料及其性能研究[J].无机材料学报，2010，25(10)：1-6)通过向Ti₃SiC₂基体中引入TiB₂和TiC两相复合增强提高材料的综合性能：抗弯强度和断裂韧性均分别高于700MPa与9MPa·m^1/2。原位合成的(TiB₂+TiC)/Ti₃SiC₂复相材料显微结构均匀，晶粒细小，增强相颗粒界面无污染，但复相材料的显微硬度和抗氧化性能仍有待改善。