什么是钛碳化硅?

钛碳化硅（Ti3SiC2）是一种新型三元层状陶瓷材料，兼有金属和陶瓷性能于一体。既具有陶瓷的优异性能，有较高的屈服强度，高熔点，高热稳定性和高温强度以及良好的抗氧化、抗热震性能和耐腐蚀性能。同时又具有金属的性能，在常温下具有高的热导率和电导率，可以像金属一样用高速钢刀具进行机械加工，高温下具有很好的塑性，比石墨更低的摩擦系数和更好的自润滑性能。

MAX相产品，尤其是钛碳化硅（Ti3SiC2）具有较高的抗损伤容限、良好的力学、热学性能等一系列特性，使其可能应用于第四代核反应堆中，作为气冷快堆中核燃料的包壳材料。近年来，钛碳化硅（Ti3SiC2）的抗辐射损伤能力引发越来越多的关注。

钛碳化硅的基本信息

CAS：12202-82-3

化学式：Ti3SiC2

分子量：195.7

纯度：99%

包装：1Kg/包

密度：4.58g/cm3

钛碳化硅是 Ti-Si- C系统中的唯一三元化合物，属六方点阵，其空间群是P63/mmc，晶格常数为a=0.306nm;c=1.766m。其结构可以描述为Si原子构成的Si原子面，Si原子面之间由 SiC八面体联结。钛碳化硅的理论密度是4.53g/cm3，熔点超过3000℃。钛碳化硅首先由W·Jeitschko和H·Nowotnv选用TiH2、Si和石墨在2000℃化学反应而成。由于材料制备困难，对Ti3SiC2性能了解甚少。通过研究发现，Ti3SiC2除高熔点外，还具有高强度和一定塑性，引起材料界的广泛重视。

钛碳化硅的性能

1) 抗氧化性

氧化动力学研究表明，钛碳化硅氧化动力学曲线呈抛物线形。其在1000℃的抛物氧化速率指数为K.=2x10-8k2m-4·s-1，可与金属的抗氧化性相比拟。其在1400℃的抛物氧化速率指数为Kw=2x10skg2*m-4 s1.氧化激活能则为300kJ/mol，表面氧化产物为金红石(TiO,)和氧化硅(SiO)。

2) 力学性能

钛碳化硅的杨氏模量为326GPa，维氏硬度为6GPa，四点弯曲强度为450MPa。室温和1300℃压缩强度分别为600MPa和280MPa。其具有良好的抗热震性，抗热震温度达1400℃，热震后强度未发现降低。一般陶瓷抗热震温度仅达200~500℃。

3) 可加工性

钛碳化硅除具有良好的力学性能和高温抗氧性，还具有像金属一样容易加工的特点。可以不加润滑剂用高速钢刀具加工孔和精加工螺纹，车削似石墨。

4) 热性能和电性能

钛碳化硅的导热系数和比热分别为43W/m·K和588J/kg*K.其热性能取决于金属钛。在25~1000℃范围内的热膨胀系数为10x106℃。

由于钛碳化物非局域化电子平行于硅原子面，对电导率贡献很大，其室温电导率为4.5x10's/m，高于Ti(2.3x10s/m)，也高于TiC(1.6x16's/m)。而且随温度降低而增加，与石墨极为相似。

钛碳化硅的应用

钛碳化硅兼有金属和陶瓷的很多优点。似金属一样是良好的电和热的导体，易加工，柔软。对热冲击不敏感，高温表现为塑性:又似陶瓷具有抗氧化。耐高温，其高温强度超过所有的高温合金。

钛碳化硅作为高温材料，电导率是石墨的二倍，耐磨。可用作交流电机的电刷，具有明显优越性。其高温强度与抗氧化、抗热震等性能优于Si3N4，有可能用于未来航空发动机制作导向叶片或涡轮叶片。由于其具有良好的抗热震性和高电导率,可以用作金属熔炼的电极材料, 综上，钛碳化硅是一种具有重要研究价值和应用前景的高温材料。