[发明专利]一种高纯Ti2AlNxC1-x固溶体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，特别涉及一种高纯Ti₂AlN_xC_1-x固溶体材料及其制备方法。

背景技术

新型层状陶瓷材料Ti₂AlC和Ti₂AlN以其优异性能吸引了国内外众多学者的广泛研究。Ti₂AlC与Ti₂AlN作为M_n+1AX_n三元层状化合物H相的典型代表，在常温下，有很好的导热性能和导电性能，有较低的维氏显微硬度和较高的弹性模量和剪切模量，像金属一样可以进行机械加工，并在较高温度下具有塑性，同时又具有陶瓷的性能，有较高的屈服强度，高熔点，高热稳定性和良好的抗氧化性。但此类化合物的硬度较低，合成区间狭窄，对温度和原料配比的要求严格，并且常常伴有大量的杂相生成等缺点而限制了其进一步应用。而Ti₂AlN_xC_1-x固溶体材料综合了Ti₂AlC和Ti₂AlN的优良性能，弥补各自的不足方面，室温下有很好的力学性能和机械可加工性能，尤其是固溶提高了该材料硬度、弹性模量和导电性能，拓展了该材料的应用领域。

到目前为止，合成Ti₂AlC与Ti₂AlN的方法主要包括高温自蔓延法，热压烧结法，热等静压法和放电等离子烧结等。由于合成温度高、时间长、晶粒粗大等缺点而难以大规模生产。而近年来，高能球磨法用来制备Ti₂AlC(申请号：200610104816.4)与Ti₂AlN(申请号：200910219379.4)材料取得了很好的效果，如合成温度低，晶粒细小，性能优异等优点。但该方法还未见在合成Ti₂AlN_xC_1-x方面的应用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高纯Ti₂AlN_xC_1-x固溶体材料及其制备方法，利用Ti-Al-C体系为原料，通过在氮气保护下高能球磨以及低温热压烧结原位反应制备Ti₂AlN_xC_1-x固溶体材料的方法；该方法在氮气下高能球磨引入N而不需要采用昂贵的TiN来提供氮源，降低了原料成本；利用铝热还原反应自身的反应热，降低了材料的合成温度，开辟了采用元素单质粉末合成Ti₂AlN_xC_1-x材料的新方法；所制备的材料具有高强、致密、耐高温、可加工的特点。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高纯Ti₂AlN_xC_1-x固溶体材料，其初始原料为纯度大于等于99％，细度小于等于200目的金属Ti粉、Al粉和C粉按以下反应式进行配比：

2Ti+Al+(1-x)C+x/2N₂→Ti₂AlN_xC_1-x      (1)

(x＝0.3～0.7)。

结果为：一种高纯Ti₂AlN_xC_1-x固溶体材料，原料组成成分为：Ti粉占总重量的73.01～75.79％％，Al粉占总重量的20.58～21.36％，C粉占总重量的2.85～6.41％。

一种高纯Ti₂AlN_xC_1-x固溶体材料的制备工艺，其步骤为：

一、首先将纯度大于等于99％，细度小于等于200目的金属Ti粉、Al粉和C粉按以下配比称量，Ti粉占总重量的73.01～75.79％％，Al粉占总重量的20.58～21.36％，C粉占总重量的2.85～6.41％，并加入占整个原料总重量1％的硬脂酸钠作为分散剂；

二、将步骤一中的配料放入不锈钢磨罐中，在XW24行星式高能球磨机上在N₂氛围下进行高能球磨，球磨机的转速为400-500转每分钟，料∶球的质量比＝1∶12，球磨30-34小时；

三、将步骤二所得球磨粉体取出，在50℃真空炉下干燥12-24小时；