《網狀結構Ta2AlC/TaC複合材料的強韌化機理與燒蝕機制》是依託河海大學，由應國兵擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：網狀結構Ta2AlC/TaC複合材料的強韌化機理與燒蝕機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：應國兵
- 依託單位：河海大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對目前三元納米層狀Ta2AlC陶瓷的合成基本問題及潛在高溫套用價值，本項目提出利用燃燒合成準熱等靜壓（SHS/PHIP）技術原位合成製備大尺寸、緻密、細晶的網狀結構Ta2AlC/TaC複合材料，探索出不同工藝參數下合成產物的成分、結構形成與轉變的規律，結合理論分析合成熱力學、動力學，揭示燃燒合成製備Ta2AlC/TaC複合材料的機理。測試複合材料的高低溫力學性能和抗熱震性，揭示複合材料的強韌化機理。首次利用電漿對Ta2AlC/TaC複合材料進行大氣環境下超高溫燒蝕研究，並根據實驗結果和理論進行熱力耦合分析，最終得到Ta2AlC/TaC複合材料的燒蝕機制，使之有望成為耐電漿超高溫燒蝕的新型結構材料，有利於開拓三元納米層狀陶瓷材料在新領域的套用，促進了解大氣環境下等離子燒蝕現象對三元納米層狀陶瓷材料的影響機制，為將來開發新材料並在我國國防科技事業中發揮更大的作用打下基礎。
結題摘要
Ta2AlC是一類具有潛在高溫套用價值的三元納米層狀陶瓷材料。本研究通過不同原材料配比，探討了不同工藝合成網狀結構Ta2AlC/TaC複合材料，並根據合成Ta2AlC/TaC複合材料特點和Ta2AlC強韌化的目的，設計採用熱壓燒結、機械活化熱壓燒結和放電等離子燒結工藝合成了複合材料的基體Ta2AlC材料，通過調整製備工藝，得到了細晶、塊體高性能的Ta2AlC材料，並揭示其合成機理。測試了材料的微觀組織結構和力學性能，分析了材料強韌化機制。測試了Ta2AlC材料沖刷磨損性能，與製備的Ti2AlC和Cr2AlC材料進行了對比，結合其力學行為特徵，分析了沖刷磨損行為。測試了Ta2AlC材料抗高溫氧化性能，得到了其高溫氧化動力學曲線，結合氧化產物形貌和氧化膜微觀結構分析了其氧化機理。根據Ta2AlC 陶瓷大氣環境下超高溫燒蝕的實驗，探索了Ta2AlC 陶瓷超高溫燒蝕機制。研究結果表明，在高溫1500℃的條件下，過量的TaC極易與Ta2AlC發生反應轉變成Ta4AlC3，反映出只有非平衡條件下才可以合成Ta2AlC/TaC複合材料，而非平衡條件下的燃燒合成準熱等靜壓（SHS/PHIP）工藝製備Ta2AlC/TaC複合材料容易導致非緻密複合材料的合成，使得其力學性能、抗高溫燒蝕性能等受到了嚴峻的考驗。機械活化熱壓燒結和放電等離子燒結工藝可成功合成晶粒細小、緻密塊體Ta2AlC 陶瓷材料，細晶可以強化Ta2AlC 陶瓷材料，但晶粒細小會較小晶粒的橋接作用，從而降低材料的韌性。Ta2AlC與其他三元層狀陶瓷Mn+1AXn的沖刷磨損中均有塑性特徵行為，但不同Mn+1AXn材料會有不同的塑性破壞特徵行為，硬度越高、分解點越高的三元層狀陶瓷Mn+1AXn陶瓷材料，更多地表現為脆性破壞特徵行為。直接力學上沖刷磨損、高溫分解和析晶損失是三元層狀陶瓷Mn+1AXn陶瓷材料在高速沖刷磨損過程中的損傷機制。Ta2AlC與Ti2AlC和Cr2AlC均具有良好的抗高溫氧化性能，在超高溫燒蝕中是伴隨有氧化和分解現象的，分解點越低，越難形成緻密的膜層保護其抗進一步的高溫燒蝕，燒蝕時Al通常能形成Al2O3產物，而高分解點的Ta2AlC並不能如Cr2AlC那樣形成更好的緻密保護膜，但分解Al元素後的Ta2C高溫下較為穩定，表現出良好的抵抗超高溫燒蝕材料。
