[发明专利]一种Ti3AlC2 陶瓷粉料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，具体涉及一种Ti₃AlC₂陶瓷粉料的制备方法。

背景技术

Ti₃AlC₂兼具金属和陶瓷的优异特性，如具有低密度（4.2g/cm³），低硬度（Hv为3.5GPa），良好的导电和导热性能，抗热震，耐摩擦，可以切割加工，高温还具有塑性等可用于制造高温发动机、新一代电刷和电极，也适用于化学反应釜用的搅拌器轴承、气氛热处理炉用的风扇轴承以特殊机械密封件。由于Ti₃AlC₂陶瓷还能够吸收机械震动，并仍可以保持硬度和轻型的特点，可以用于汽车飞机发动机部件的制造，以及精密机械工具和电子绝缘件的生产等。许多研究者，利用了Ti₃AlC₂粉体特殊的层状结构，制备可应用在电池和纳米材料中的分离片层状结构材料；利用粉体良好的耐磨性和导热性能，加入到汽车摩擦片中增强其强度。

根据Ti-Al-C三元相图，Ti₃AlC₂的合成温度范围窄，易形成TiC_x等杂质相。而且，随着温度的升高，Ti₃AlC₂将分解生成TiC_x等。因此，配方设计对合成高纯度Ti₃AlC₂尤为关键，亦将影响Ti₃AlC₂的性能。通常按照理论Ti-Al-C的摩尔比为3:1:2配料，很难获得高Ti₃AlC₂含量的合成产物。主要是因为Al的高温挥发。研究表明，若Ti-Al-C的摩尔比偏离3:1:2的化学计量比，可有效抑制TiC杂质相的大量生成。用TiC代替C和部分Ti，不仅为反应提供了直接的Ti₆C八面体，还避免了Ti与C反应生成TiC时产生的大量热，减小了Al的挥发。

Ai MX等人研究发现以Ti粉，Al粉和石墨粉混合，添加适量Sn粉，可以煅烧合成纯的Ti₃AlC₂粉料，煅烧温度为1300-1500℃，添加Sn粉不但可抑制热爆，还可以降低煅烧温度促进单相Ti₃AlC₂的合成，摩尔比为3Ti:1Al:1.8C:0.2Sn的混料在1350-1500℃下煅烧可得纯的粉料（Ai M X,Zhai H X,Zhou Y et al.J Am Ceram Soc[J],2006,89:1114），但结果显示，此方法获得的材料杂质较多，纯度不高；Liang,BY等人研究在Ti-Al-C体系中添加Sn粉用机械活化烧结合成Ti₃AlC₂粉料（Liang,BY;Wang,MZ et al.B MATER SCI,2010,33(4):401-406），但此方法不仅较难合成高纯度的Ti₃AlC₂粉料，且制备效率低，成本高；梅炳初等人研究发现以Si为助剂热压制备单相致密Ti₃AlC₂块体材料的一种方法，以TiC粉、Ti粉、Si粉和Al粉为原料，Si粉的摩尔数为0.15～0.25，升温速率为20～60℃/min，Ar气做为保护气氛的热压炉中烧结制成块体（朱教群,梅炳初,徐学文,刘俊，CN03128183.4[P]，2003-12-10），但该方法的烧结气氛不利于高纯Ti₃AlC₂合成，且过高的合成速率不能使混料充分反应，该方法产量低、耗时长。除此而外，上述各个方法都不同程度地存在一定的杂质相，材料的纯度有待进一步提高。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种Ti₃AlC₂陶瓷粉料的制备方法，该方法操作简单、成本低廉，制得的Ti₃AlC₂陶瓷粉体纯度高。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种Ti₃AlC₂陶瓷粉料的制备方法，包括以下步骤：