添加MoS-,2-的Ti-,3-SiC-,2-復合陶瓷的制備及其性能研究.pdf

1、三元層狀化合物Ti3SiC2是一種新型的結(jié)構(gòu)陶瓷材料，由于其同時具有金屬和陶瓷的許多優(yōu)良的性能而受到廣泛的關(guān)注。在金屬特性方面，Ti3SiC2在常溫下就有很好的導熱導電性能、較低的維氏硬度、較高的彈性模量和剪切模量；在陶瓷特性方面，Ti3SiC2有較高的屈服強度、良好的熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的抗氧化性；更為突出的是Ti3SiC2具有優(yōu)于石墨和MoS2的自潤滑性能。但由于Ti3SiC2易于劈裂的片層特性和相對較低的硬度使其抗磨損性較差，難以得到工

2、程應用。 在Ti3SiC2基體中引入第二相粒子是一種有效的改善性能的方法。本文利用固體潤滑劑MoS2的層狀結(jié)構(gòu)(類似石墨)、較高硬度(4GPa)、高屈服強度(3450MPα)、低摩擦系數(shù)(0.03～0.06)等優(yōu)良特性，同時MoS2的熱膨脹系數(shù)(10.7×10-6K-1)與Ti3SiC2熱膨脹系數(shù)(9.7×10-6K-1)相近，因而是作為改善Ti3SiC2材料磨損性能的良好材料。有研究表明，MoS2質(zhì)量含量為2～4％時，復合材料

3、的磨損率是最低的。因此，在Ti3SiC2基體中引入MoS2制備MS-TSC材料，并改善Ti3SIC2材料的摩擦磨損性能。 本文以2TiC/1Ti/1Si/0.2A1配比的元素粉為原料在1400℃無壓燒結(jié)制備出Ti3SiC2粉末，然后用MoS2質(zhì)量含量為2％、4％、6％和8％進行配比混料，配制MoS2和Ti3SiC2混合原料，再在溫度1200～1450℃、壓力30MPa和保溫1h的工藝條件下真空熱壓燒結(jié)制備MS-TSC材料。研究M

4、S-TSC材料的相組成、顯微結(jié)構(gòu)和性能。具體如下： (1)利用熱壓工藝燒結(jié)MS-TSC材料，得到相對密度達到99％的致密MS-TSC材料；通過XRD分析其相組成成分，結(jié)果表明材料主要成分為Ti3SiC2，還含有少量的雜質(zhì)，如Ti5Si3、TiC、Mo、(Ti0.8Mo0.2)Si2和Ti4S2C2。二次燒結(jié)使得Ti3SiC2發(fā)生了分解，帶來了雜質(zhì)(如Ti5Si3、TiC)，同樣減小了MS-TSC材料的純度。 (2)分析燒

5、結(jié)后樣品截面的SEM得知：MS-TSC材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密，孔隙率低；Ti3Sic2相發(fā)育良好且呈典型的板形層狀形貌特性。MoS2的添加能促進MS-TSC材料的致密化過程以及細化MS-TSC材料中Ti3SiC2顆粒尺寸。 (3)當MoS2含量為4wt％時，MS-TSC復合陶瓷的顯微硬度達到7.83GPa，同時電導率達到10.05×106S·m-1。研究4wt％MS-TSC復合陶瓷與GCr15鋼的摩擦試驗，結(jié)果表明：隨時間的變化，占主

6、導地位的磨損機制發(fā)生了改變，從磨粒磨損為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐哉持p為主，摩擦系數(shù)為0.176～0.283；MS-TSC復合陶瓷在油潤滑條件下摩擦系數(shù)為0.062～0.134。兩種情況下磨損率是很小的，干摩擦磨損率為2.657×10-6mm3·N-1·m-1，而油潤滑磨損率為1.968×10-7mm3·N-1·m-1，油介質(zhì)在摩擦面的吸附使表面能大為降低，很大程度上阻止了粘著磨損的發(fā)生。基體Ti3SiC2分解的TiC和Ti5Si3陶瓷相提高了復合

7、陶瓷硬度，MoS2的添加而形成的金屬相Mo提高了復合陶瓷的斷裂韌性，從而也提高了MS-TSC復合陶瓷抵抗微斷裂磨損的能力。 (4)氧化動力學研究表明，不同MoS2添加量的MS-TSC材料在500℃和800℃下經(jīng)過30次循環(huán)的氧化過程是一個可分為3個拋物線階段的過程。氧化活化能約為120kJ·J·mol-1。500℃主要氧化產(chǎn)物為SiO2，同時含有少量TiO2和α-Al2O3。800℃主要氧化產(chǎn)物為TiO2和SiO2，同時含有α-Al2O