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层状陶瓷Ti_3AlC_2的制备及性能研究

作　者: 王家华
导　师: 方双全；乔英杰
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 材料学
关键词: Ti3AlC2 热压烧结 力学性能 极化曲线
分类号: TQ174.75
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 79次
引　用: 1次
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内容摘要


新型层状材料Ti3AlC2兼有金属和陶瓷的特性,不仅具有与金属同样良好的导电导热性与可加工性,而且与陶瓷材料类似,具有良好的力学性能及优良的耐腐蚀性能。本研究以Ti、Al、石墨和TiC为原料,以Si作为添加剂,采用热压烧结的方法制备致密的Ti3AlC2材料,通过对Ti3AlC2相组成、力学性能、显微结构及电化学腐蚀性能的研究,建立材料组成、结构、性能及应用之间的关系,为Ti3AlC2材料的制备及在船舶、海洋开发领域耐腐蚀结构件的应用奠定基础。研究中采用真空热压烧结工艺,在1200-1400℃,30MPa压力下,制备了摩尔比分别为3Ti/1.1Al/2C/0.2S、2TiC/1Ti/1.lAl/0.2Si两个组成体系的Ti3AlC2块体材料,通过对其力学性能及相组成、显微结构分析,确定了2TiC/1Ti/1.lAl/0.2Si材料体系的性能优于3Ti/1.1Al/2C/0.2Si材料体系。以2TiC/1Ti/1.1Al/0.2Si为原料的最佳真空热压烧结工艺为：温度1300℃,真空度6.67x10-3pa,升温速率15℃/min,压力30MPa,保温时间1.5h。在此条件下制备的Ti3AlC2块体材料的X射线衍射峰与标准Ti3AlC2衍射峰高度吻合,呈层状结构。力学性能测试结果表明所制备的Ti3AlC2块体材料的弯曲强度、断裂韧性、压缩强度和维氏硬度分别为445.6MPa、6.13MPa-m1/2、1256MPa和4.0-5.5GPa之间。利用动电位极化曲线(CV)结合扫描电镜观察方法,研究了Ti3AlC2块体材料在3.5wt.%的NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。研究发现,Ti3AlC2块体材料在电化学腐蚀后表面没有明显腐蚀坑。3Ti/1.1Al/2C/0.2Si材料体系在1400℃获得的Ti3AlC2块体材料在3.5wt.%NaCl溶液中的维钝电流密度(为2.197x10-5A·cm-2)最小；维钝电流密度最稳定,耐腐蚀性能最好。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章 绪论  11-27
  1.1 课题研究目的及意义  11
  1.2 Ti_3AlC_2材料的研究现状  11-18
    1.2.1 晶体结构特征  11-14
    1.2.2 Ti_3AlC_2陶瓷材料的性能  14-18
  1.3 Ti_3AlC_2陶瓷材料的制备方法研究  18-24
    1.3.1 Ti-Al-C三元系相图  18-19
    1.3.2 Ti_3AlC_2材料的制备方法  19-24
  1.4 Ti_3AlC_2陶瓷材料的应用  24-25
    1.4.1 耐腐蚀构件  24
    1.4.2 旋转部件材料  24
    1.4.3 高温结构材料  24-25
    1.4.4 电接触材料  25
  1.5 本论文研究的主要内容  25-27
第2章 Ti-Al-C体系的反应热力学计算  27-42
  2.1 引言  27
  2.2 Gibbs自由能和Gibbs自由能判据  27-28
  2.3 Ti_3AlC_2陶瓷材料的热力学计算  28-34
    2.3.1 Ti-Al-C体系中各物质的热力学数据  28-29
    2.3.2 Ti_2AlC、Ti_3AlC_2的热力学数据的估算  29-31
    2.3.3 Ti_3AlC_2体系的反应吉布斯自由能计算  31-34
  2.4 热力学结果分析  34-41
    2.4.1 Ti/Al/C原料体系  34-40
    2.4.2 TiC/Al/Ti原料体系  40-41
  2.5 本章小结  41-42
第3章 Ti_3AlC_2材料工艺设计与测试方法  42-54
  3.1 原料选择及组成设计  42-43
  3.2 制备工艺  43-47
    3.2.1 Ti_3AlC_2制备工艺流程设计  43
    3.2.2 Ti_3AlC_2制备工艺设计  43-47
  3.3 性能表征  47-52
    3.3.1 相成分及微观组织分析  47-48
    3.3.2 力学性能测试  48-52
    3.3.3 电化学腐蚀行为测试  52
  3.4 本章小结  52-54
第4章 Ti_3AlC_2陶瓷材料组织结构分析  54-63
  4.1 引言  54
  4.2 Ti_3AlC_2材料的组织结构分析  54-62
    4.2.1 样品形貌  54
    4.2.2 Ti_3AlC_2陶瓷材料的相组成  54-57
    4.2.3 Ti_3AlC_2陶瓷材料表面形貌及能谱分析  57-62
  4.3 本章小结  62-63
第5章 Ti_3AlC_2材料的力学性能分析  63-81
  5.1 引言  63
  5.2 Ti_3AlC_2陶瓷材料的力学性能性能分析  63-78
    5.2.1 相对密度  64-65
    5.2.2 维氏硬度  65-69
    5.2.3 弯曲强度  69-72
    5.2.4 压缩强度  72-74
    5.2.5 Ti_3AlC_2材料的断裂韧性  74-78
  5.3 Ti_3AlC_2材料的裂纹扩展路径  78-79
  5.4 本章小结  79-81
第6章 Ti_3AlC_2材料的模拟海水腐蚀性能研究  81-88
  6.1 引言  81
  6.2 试验方法  81-82
    6.2.1 试样制备  81
    6.2.2 溶液配制  81
    6.2.3 电化学测量方法  81-82
  6.3 Ti_3AlC_2材料的动电位极化曲线  82-84
  6.4 Ti_3AlC_2材料的腐蚀形貌  84-86
  6.5 本章小结  86-88
结论  88-89
参考文献  89-95
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  95-96
致谢  96

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 陶瓷制品 > 工业用陶瓷
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