高温高压合成Ti2SC化合物的反应过程及动力学机理

Ti2SC作为三元层状化合物Mn+1AXn（M为过渡金属，A主要为Al、Si、S，X为C、N，n=1,2,3）系列中的一员，由于独特的结构（如Ti-S键为共价键、具有最小c/a比、最大的ZT值等），通过理论计算具有最高的硬度、断裂韧性、抗压强度、杨氏模量和最高的热导率等，同时还呈现热电性，是一种集结构与功能于一身的新化合物。可是，由于S元素高温下的易挥发性及体系化学反应的复杂性，导致合成很难控制。我国学术界对其合成研究属于空白。高温高压技术通常是研究高压下物质的物理行为，目前该技术已成为新化物合成的重要手段。本项目旨在研究高温高压非平衡状态下，Ti-S-C体系的化学反应过程、微观结构演化过程及动力学机理。从高温高压非平衡状态角度探索出具有自主知识产权的功能Ti2SC化合物合成的新途径，为Ti2SC化合物可控合成提供理论与实验依据，同时也为其他复杂体系功能化合物的高温高压合成提供科学指导。

本研究采用高温高压的方法来研究三元化合物Ti2SC的合成，探索Ti2SC化合物合成的新途径，结合热力学计算和热压烧结，实现Ti2SC化合物的可控合成，我们发现：.（1）由于S元素高温下的易挥发性及体系化学反应的复杂性，导致合成很难控制。通过“固硫”的方法可以有效的研究Ti2SC的合成。.（2）Ti2SC的最终合成是TiS和TiC反应的结果，TiS是重要的中间产物，更可能由TiS2和Ti反应生成，而不是TiS2的分解。.（3）热力学计算显示，TiS和TiC之间的反应不容易发生，但实验结果表明外加压力促使反应的发生。.（4）通过DSC曲线计算出反应过程的活化能，指前因子等动力学参数。.（5）相对于无压状态，高压预处理能明显改善Ti2SC的纯度。高压环境下，保压时间是Ti2SC合成的重要因素。热压环境下，温度的因素更加重要。.（6）最后，我们测试了合成试样的力学，电学，热学等物理性能。证实了Ti2SC是一种具有优异性能，具有潜在应用价值的新材料。