[发明专利]一种钛铝碳三元层状可加工陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属陶瓷材料制造领域，具体涉及一种钛铝碳三元层状可加工陶瓷材料的制备方法。

背景技术

钛铝碳纳米层状三元化合物中，Ti₃AlC₂和Ti₂AlC是其中研究最多也是最有希望实用化的两种新型可加工陶瓷材料。这类材料兼具金属材料和陶瓷材料的优点于一身，如具有金属材料良好的导电、导热性能，有相对较低的硬度，在高温下具有塑性，能用高速刀具或线切割进行加工的可加工性，也具有陶瓷的高弹性模量、低密度、高热稳定性和良好的抗氧化性等综合性能，在高温结构部件、化学防腐材料、电极材料及可加工材料等领域有广阔的应用前景。

目前，该类材料的主要制备方法为原位热压烧结和热等静压烧结。这两种方法都是利用Ti-Al-C或者TiC-Ti-Al为原料，通过热压烧结制备钛铝碳块体材料。其反应合成温度高(1400℃以上)，热压压力大(35MPa左右)，纯度很难控制，杂质相较多，包括反应物残留物及中间生成物(TiC、Ti-Al金属间化合物等)，也有Ti₃AlC和Ti₃AlC₂物相共存，影响了该材料的性能。因此，如何采取有效的途径，合成高纯单一物相材料，是未来该材料的发展方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种制备工艺简单，热压温度低，压力小、制造成本低，且能够制备单一物相结构的Ti₃AlC或Ti₃AlC₂材料，也可以制备双相结构材料Ti₃AlC和Ti₃AlC₂的钛铝碳三元层状可加工陶瓷材料的制备方法，该方法制备的材料具有晶粒细小、致密，综合力学性能好。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：1)首先按质量百分比将65.78-71.11％的钛粉、20.00-32.00％的铝粉和2.22-8.89％的活性碳混合制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.2-0.5％的硬脂酸钠分散剂，采用于法球磨，球磨机的转速为800-1000转每分钟，料、球质量比为1∶10，球磨10-12小时得到复合粉体；将球磨得到的复合粉体在70-80℃下真空干燥4-5小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气或真空条件下以1200℃-1300℃，5-15MPa的压力热压烧结0.5-1小时即可。

本发明利用Ti粉、Al.粉、C粉以及少量添加剂经高能球磨后，原位反应生成TiC及Ti-Al等中间物相。这种复合粉体经热压烧结后合成晶相为单一Ti₃AlC₂、Ti₂AlC的可加工陶瓷材料，也可合成两相Ti₃AlC₂-Ti₂AlC复合材料，由于制备工艺简单，所合成的材料结构均匀致密，成分可在较大范围内调整，烧成温度低、压力小，成本较低。

附图说明

图1为Ti粉、Al粉、C粉的高能球磨过程的XRD分析结果，横坐标为衍射角，纵坐标为衍射峰强度；由图1可看出主晶相为TiC、TiAl₃及少量的未反应钛、铝。

图2为1300℃烧结试样的XRD分析结果，横坐标为衍射角，纵坐标为衍射峰强度，由图2可以看出，该材料为单一晶相Ti₃AlC₂；

图3为1300℃烧结试样的XRD分析结果，横坐标为衍射角，纵坐标为衍射峰强度；由图3可以看出，该材料为单一晶相Ti₂AlC；

图4为1300℃烧结试样的XRD分析结果，横坐标为衍射角，纵坐标为衍射峰强度；由图4可以看出，该材料为两相Ti₂AlC-Ti₂AlC；

图5为1300℃合成Ti₃AlC₂的SEM分析结果，由图5可以看出，该材料结构致密、均匀，具有微晶层片结构；

图6为1300℃合成Ti₂AlC的SEM分析结果，由图6可以看出，该材料结构致密、均匀。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。