產(chǎn)品名稱(chēng)：碳化硅鈦（Ti2SiC）
規(guī)格：0.8-10um（D50）
形貌：不規(guī)則
顏色：黑灰色
特點(diǎn)：良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱、高溫強(qiáng)度、抗氧化和抗熱震
用途：航空航天、國(guó)防領(lǐng)域、電動(dòng)汽車(chē)、新型顯示器、電催化等領(lǐng)域
碳化鈦硅 Ti3SiC2
形態(tài)：黑色粉末
粒度：325目（12.9微米）
密度（克/立方厘米）：4.53
Cas：12202-82-3
分子量：196.0
純度：98％
近年來(lái)，材料科學(xué)家合成了一類(lèi)新的312型陶瓷材料，它們的通式為M3XZ2，其中，M是一種或幾種過(guò)渡金屬元素（如Ti、V等），X是一種或幾種主族元素，多位III、IV主族元素（如Al、Ge、Si等），Z是一種或幾種非金屬元素（如C、N、B等），目前人們研究的312性三元化合物主要有Ti3SiC2、Ti3AlC2、Ti3GeC2。它們具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，同屬于P63/mmc空間群。這類(lèi)化合物的典型代表是Ti3SiC2。本文淺略介紹一下Ti3SiC2陶瓷材料。
一、什么是是Ti3SiC2層狀陶瓷材料
鈦碳化硅Ti3SiC2（Titanium silicon carbide）是一種綜合陶瓷材料，既具有耐高溫、抗氧化、高強(qiáng)度的性能，同時(shí)又具有金屬材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、可加工性、塑性等。該項(xiàng)材料的發(fā)展契機(jī)大致在20世紀(jì)80年代，由于纖維、晶須等增強(qiáng)劑的迅速發(fā)展和航空高推重比發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，陶瓷基復(fù)合材料成為研究熱點(diǎn)。采用纖維、晶須增強(qiáng)使其韌性得到改善，但因制備成本高和可靠性差，仍難以應(yīng)用。針對(duì)這一問(wèn)題研究人員開(kāi)始探索兼有金屬和陶瓷性質(zhì)的高溫材料，最后在Ti-Si-C系統(tǒng)中找到一種鈦碳化硅（Ti3SiC2）。Ti3SiC2既有金屬的特性，在常溫下有很好的導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能，相對(duì)較低的維氏硬度和較高的彈性模量；在常溫下有延展性，可以像金屬一樣進(jìn)行加工，在高溫下具有塑性；同時(shí)，它又具有陶瓷材料的性能，有高的屈服強(qiáng)度，高熔點(diǎn)、高熱穩(wěn)定性和良好的抗氧化性能，在高溫下能保持高強(qiáng)度。更有意義的是它又比傳統(tǒng)的固體潤(rùn)滑劑石墨、二硫化鉬有更低的摩擦系數(shù)和良好的自潤(rùn)滑性能。
早在2005年12月，我國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)部就發(fā)布過(guò)一項(xiàng)動(dòng)態(tài)稱(chēng)：一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、Ti3SiC2系導(dǎo)電陶瓷制作的新一代高速列車(chē)受電弓滑板在國(guó)家863計(jì)劃高性能結(jié)構(gòu)材料技術(shù)主題資助下于國(guó)內(nèi)成功研制，這一項(xiàng)目承擔(dān)單位北京交通大學(xué)歷經(jīng)兩年相繼攻克了高純度Ti3SiC2、Ti3AlC2、Ti2SnC等陶瓷粉料批量合成技術(shù)、滑板制造工藝，完成了理化特性研究、滑板裝車(chē)考核運(yùn)行。該課題組成功研制的Ti3SiC2系陶瓷滑板具有導(dǎo)電率高、耐沖擊、耐磨耗、耐電弧燒蝕、對(duì)接觸網(wǎng)線磨耗小等顯著特點(diǎn)，有效的解決了國(guó)內(nèi)外當(dāng)時(shí)使用的碳基滑板以及粉末冶金滑板磨耗快、易破碎、對(duì)接觸網(wǎng)線損傷大等問(wèn)題。當(dāng)年研制成功的Ti3SiC2系陶瓷滑板對(duì)我國(guó)鐵路的這一高速化進(jìn)程發(fā)展發(fā)揮了重要作用。
二、Ti3SiC2層狀陶瓷材料的主要性能
Ti3SiC2綜合了陶瓷和金屬的特性，高的彈性模量、高熔點(diǎn)和高溫穩(wěn)定性等反映類(lèi)似陶瓷的性質(zhì)；而高的電導(dǎo)率、高的彈性模量、高熔點(diǎn)和高溫穩(wěn)定性等反映其類(lèi)似陶瓷的性質(zhì)。
表1. Ti3SiC2陶瓷材料的主要性能指標(biāo)（室溫）對(duì) Ti3SiC2抗損傷性研究表明，其壓痕之下的亞表明有很大的偽塑性損傷區(qū)。原因在于 Ti3SiC2在接觸損傷時(shí)有多重能量吸收機(jī)制，如擴(kuò)散微裂紋、裂紋偏轉(zhuǎn)、晶粒拔出、晶粒彎折等。而且，這類(lèi)材料具有很好的自潤(rùn)滑性。這種材料作為高溫結(jié)構(gòu)材料、電刷材料、自潤(rùn)滑材料、熱交換材料等具有廣泛的應(yīng)用前景。但相對(duì)較低的硬度、耐磨性及相對(duì)其他陶瓷材料較低的抗氧化性限制了其應(yīng)用于耐疲勞、耐磨損及抗氧化等敏感場(chǎng)合。
三、Ti3SiC2層狀陶瓷材料的應(yīng)用
（一）生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用
在牙科里要求口腔環(huán)境所使用的材料或部件，既能經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的氧化作用，保持穩(wěn)定性，又需要有良好的可加工性和可塑性。Ti3SiC2這種既有陶瓷材料的性能又有金屬特性，同時(shí)又兼具較好的生物相容性，使其應(yīng)用于人體成為可能。
Ti3SiC2能夠被加工出尺寸精確的螺紋，且無(wú)需潤(rùn)滑劑，因此可以制作成種植體或修復(fù)體等在口腔醫(yī)療臨床方面應(yīng)用。
Ti3SiC2彈性模量與氧化鋯（1.9×105MPa）相比，更接近牙釉質(zhì)或牙本質(zhì)，這使它應(yīng)用于樁或烤瓷牙內(nèi)冠的潛力增加。
自蔓延高溫發(fā)所得的Ti3SiC2材料含有多孔組織，可能更易于組織與其結(jié)合。低的摩擦系數(shù)使它可能應(yīng)用于正畸，以增加滑動(dòng)性降低摩擦阻力。抗腐蝕性以及抗氧化性是該材料應(yīng)用于口腔環(huán)境并保持其穩(wěn)定性的重要條件。該材料與瓷粉皆屬陶瓷材料，其結(jié)合程度可能好于金屬與瓷的結(jié)合，因此對(duì)于烤瓷牙內(nèi)冠，其應(yīng)用范圍也許要更廣。不過(guò)在當(dāng)前已知的Ti3SiC2制備方法中，必須改善制備工藝才能得到純凈的Ti3SiC2塊體，進(jìn)而了解該材料更多更準(zhǔn)確的特性。并且該材料的生物相容性和口腔臨床實(shí)用性還仍需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)室和臨床研究來(lái)證實(shí)。
（二）耐火材料上的應(yīng)用
隨著陶瓷工業(yè)快速燒成技術(shù)的推廣作用，窯具使用的循環(huán)周期越來(lái)越短，使用條件更為苛刻，因此需要不斷提高窯具材料的抗熱震性能，以滿足陶瓷工業(yè)快速燒成技術(shù)的發(fā)展需要。窯具作為一種高級(jí)耐火材料，其質(zhì)量好壞對(duì)燒成制品的質(zhì)量有著重要的影響。Ti3SiC2陶瓷材料對(duì)熱震不敏感，其獨(dú)有的層狀結(jié)構(gòu)和高溫下的塑性行為都可以緩解熱應(yīng)力的作用。材料經(jīng)過(guò)△T=1400℃的熱震殘余強(qiáng)度仍在300MPa以上，抗熱震性能最好的可以承受900℃的溫差。同時(shí)Ti3SiC2陶瓷材料具有較好的耐化學(xué)腐蝕性、易加工、原料相對(duì)成本低等優(yōu)勢(shì)，使其成為一種可待開(kāi)發(fā)的理想窯具材料。
