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三元层状化合物Cr2AlC由于兼具金属和陶瓷的特点,受到了广泛的关注。它作为一种陶瓷,具有高模量、高熔点、良好的高温抗氧化性和热稳定性;它也像金属一样,具有较低硬度和密度,良好的导热导电性以及可加工性。但由于合成难度大、强度硬度较低等缺点,限制了其作为结构材料的广泛应用。因此,本研究采用原位合成技术进行材料合成,并利用固溶强化和第二相增强的方式提高Cr2AlC的综合力学性能。本论文以Cr-Al-C、Cr-Al-C-V、Cr-Al-C-Cr2O3、Cr3C2-Al-Cr-Cr2O3体系为原料,采用原位热压烧结工艺,在1400℃、16 MPa的条件下,成功制备高纯度的Cr2AlC单相材料、(Cr1-xVx)2AlC固溶体材料以及Cr2AlC/Al2O3复合材料。通过X射线衍射分析、DSC热分析以及扫描电镜等测试手段,研究了三个体系材料的合成机制、显微形貌、力学性能,并对其强韧化机制进行了探讨。对Cr2AlC单相材料的研究结果表明:Cr2Al C的合成过程包括三个阶段,首先是Al与Cr反应生成Al8Cr5金属间化合物;然后在700-900℃之间Al8Cr5与Al、Cr反应产生Cr2Al;最后,Cr2Al与C化合生成Cr2Al C。所制备的单相Cr2Al C块体纯度高,平均晶粒尺寸约为17.9μm,抗折强度、断裂韧性和维氏硬度分别达到了303 MPa、4.87 MPa?m1/2和4.14 GPa。对(Cr1-xVx)2AlC固溶体的研究结果表明:合成(Cr1-xVx)2AlC的反应机制也包括三个主要过程:Cr2AlC的生成、V2AlC的生成以及固溶体的形成。其中前两个过程是随着温度的升高同时独立进行的,而后一个过程是在1100-1400℃高温阶段完成。制得的(Cr1-xVx)2AlC材料结构较致密,随着V含量的增加,固溶体晶粒的形貌从等轴状逐渐过渡到长柱状,材料的力学性能呈峰值变化。其中,(Cr0.5V0.5)2AlC固溶体具有最佳的力学性能,其抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别比单相Cr2AlC分别提高了32.7%、21.4%和25.1%,主要归因于固溶引起的晶格畸变。对Cr2Al C/Al2O3复合材料的研究结果表明:采用Cr3C2-Al-Cr-Cr2O3原料体系合成Cr2AlC/Al2O3复合材料比采用Cr-Al-C-Cr2O3原料体系具有优势,前者明显降低了Cr2AlC相的生成温度。通过显微结构观察,基体晶界Al2O3颗粒的钉扎作用,促使基体相晶粒尺寸被细化。当Al2O3含量超过11 vol%后,Al2O3颗粒发生团聚,对复合材料的力学性能不利。Cr2AlC/11 vol%Al2O3复合材料综合力学性能最好,和单相Cr2AlC对比,其抗弯强度、断裂韧性和维氏硬度分别提高了47.8%、16.2%和38.2%。其中,原位合成的Al2O3引入了裂纹分叉、桥联、偏转、细晶强化和颗粒拔出等强韧化机制。