自蔓延高温合成Ti2A1(C,N)的生长机制及其氧化行为研究

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:acdd5230351
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Ti2Al(C,N)是MAX相陶瓷的X位固溶体,与MAX相陶瓷一样具有金属和陶瓷的双重特性,近年来受到了研究者们的关注。本论文采用快速、节能的自蔓延高温合成(SHS)法,以Ti、Al、g-C3N4粉体为原料制备出Ti2Al(C,N)固溶体,分析Al含量对产物纯度的影响以及分析了产物的形貌;研究了Ti2Al(C,N)的反应机理和晶粒的层状生长机制;研究了Ti2Al(C,N)粉体在空气环境下的恒温氧化行为,并分析了氧化产物的组成和氧化机理。以三聚氰胺为前驱体,通过热聚合法制备了具有类石墨层状的g-C3N4,并作为单一的C和N源,将Ti粉、Al粉和制备的g-C3N4粉体按照2:x(x=0.9、0.95、1、1.05、1.1):1的化学计量比混合,利用自蔓延燃烧合成法制备了Ti2Al(C,N)固溶体。适当增加Al的量有助于提高Ti2Al(C,N)的纯度,但Al的量过多会使产物纯度降低,当Al的量为1.05mol时纯度最高。Ti2Al(C,N)具有典型的MAX相三元陶瓷形貌特征,晶粒为纳米片层状结构。在断裂表面处由于外力导致的应力作用使晶粒或晶粒之间发生了相对的滑移从而出现扭折,同时也破坏了结构中的弱键结合使纳米单片层的脱落。在反应中Al熔化促进了Ti(s)和g-C3N4(s)的反应生成了Ti(C,N)(s),Ti(s)和Al(l)在反应降温过程中形成TiAl(s),最后Ti(C,N)(s)和TiAl(s)作为中间产物进行反应生成了Ti2Al(C,N)(s)。研究Ti2Al(C,N)固溶体的层状生长机制表明,Ti2Al(C,N)晶粒为二维生长机制,以阶梯状生长模式生长;Ti2Al(C,N)大晶粒的片层存在向内的扩展方式;杂质小颗粒的存在对Ti2Al(C,N)片层的横向扩展产生阻碍的作用。以Ti2Al(C,N)粉体为研究对象,在空气氛围中进行恒温氧化实验。400℃开始氧化到900℃时基本氧化完全。在氧化过程中,Al比Ti更易与O结合生成氧化物,O向内扩散的同时C和N以气体的形式向外扩散,氧化的最终产物为金红石型TiO2和α-Al2O3,两者形成的氧化膜对粉体的氧化起到了一定的保护作用,这也表明Ti2Al(C,N)拥有较好的抗氧化能力,具有一定的应用前景。
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