[发明专利]一种高纯Ti3AlC2陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学领域，具体涉及一种高纯Ti₃AlC₂陶瓷的制备方法。

背景技术

航空航天、能源动力、机械及军工等高技术行业要求关键性结构件既具有高比强度和比刚度、高硬度、高韧性、耐磨，同时又要耐腐蚀、耐高温等。因此，大多数金属件已难以满足实际应用。碳化物、硼化物、氮化物等陶瓷具有高强度、高模量和高硬度，且较金属耐磨、耐高温和抗氧化，加之低的密度和热膨胀系数，可替代金属件用于关键性结构件。但是，陶瓷多由离子键或共价键构成，性脆、难以加工、导电和导热性差，其应用亦受到了限制。

Ti₃AlC₂具有层状六方结构，它们的原子结合方式既有共价键、离子键，又有金属键，因而兼具金属和陶瓷的性质。如，类似金属的导热、导电、抗热震和可加工性，类似陶瓷的抗氧化、耐腐蚀和耐高温；特别是具有非同寻常的耐磨性和自润滑性。因此，在许多领域具有重要的应用价值。目前，国内外在Ti₃AlC₂的制备研究方面面临的主要困难是如何制备高含量的Ti₃AlC₂，即如何避免TiC等杂质相的生成问题。

恰当的Ti、Al、C元素比和反应温度是制备高纯Ti₃AlC₂的必要条件。Ti∶Al∶C的理论摩尔比应该为3∶1∶2，事实上严格按照该比例配制时，往往难以获得高Ti₃AlC₂含量的反应产物。高温Al的挥发被认为是造成TiC杂质相生成的重要原因。另外，Ti₃AlC₂制备温度较高(大于1350℃)，体系反应温度区间窄，亦是影响其纯度的一个重要原因。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种不仅降低了成本，而且产物纯度较高，主晶相主要为Ti₃AlC₂的高纯Ti₃AlC₂陶瓷的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)首先，取TiC粉、Ti粉和Al粉按TiC粉∶Ti粉∶Al粉＝2.0∶1.0∶(1.0-1.5)的原子配比混合；

2)其次，将混合后的粉体置入不锈钢球磨罐内，加入混合粉体质量0.3-2.0％的硬脂酸钠作为分散剂、30-80％的乙醇作为球磨助剂制成混合料进行球磨，研磨介质为钢球，磨机转速为800-1200转/分钟，磨球与混合料的质量比为3∶1-20∶1，球磨2-8小时获得细化粉体并将其干燥；

3)然后，将干燥后的混合料预压成饼状，置入石墨模具内，在真空条件下自室温以5℃/min-20℃/min的升温速率升温至1300℃-1500℃，当温度达到700℃时开始加压使压力达到10-25MPa，保温保压0.5-3.0小时；

4)最后，保温保压结束后，随炉自然冷却到室温即得到Ti₃AlC₂陶瓷。

为了避免其它一些杂质相的生成，本发明用TiC替代单质Ti粉、C粉，以TiC、Ti、Al为原料，且在机械球磨时加入了球磨助剂和分散剂，提高了研磨效率，增加了体系的反应活性；采用TiC替代Ti粉和C粉，成本降低，TiC亦是形成Ti₃AlC₂的重要组分，整个工艺简单，操作方便，而且按照本发明的工艺方法制得的Ti₃AlC₂陶瓷具有纯度高、组织分布理想等特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1、图2是本发明制备的Ti₃AlC₂陶瓷的X射线衍射图谱。

图3、图4是本发明制备的Ti₃AlC₂陶瓷的扫描照片。

具体实施方式

实施例1：

1)首先，取TiC粉、Ti粉和Al粉按TiC粉∶Ti粉∶Al粉＝2.0∶1.0∶1.0的原子配比混合；

2)其次，将混合后的粉体置入不锈钢球磨罐内，加入混合粉体质量0.5％的硬脂酸钠作为分散剂、50％的乙醇作为球磨助剂制成混合料进行球磨，研磨介质为钢球，磨机转速为800转/分钟，磨球与混合料的质量比为8∶1，球磨4小时获得细化粉体并将其干燥；