[发明专利]一种快速制备各向异性氮化钛陶瓷块体材料的方法

说明书

本发明公开了一种快速制备各向异性氮化钛陶瓷块体材料的方法，属于陶瓷材料技术领域。采用的技术方案为：先将沿(00l)晶面择优取向的Ti₂AlN陶瓷块体材料放入热压石墨模具中，再将石墨模具置于放电等离子烧结炉腔体中，烧结炉腔体抽真空至气压小于0.01Pa，施加轴向压力，并快速升温至烧结温度并保温；保温结束后随炉冷却，温度降至室温时卸压，完成烧结过程，制得各向异性氮化钛陶瓷块体材料。本发明操作流程简单，方法新颖，制备快捷，经该方法制备出的氮化钛陶瓷材料性能表现出明显的各向异性。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，具体涉及一种快速制备各向异性氮化钛陶瓷块体材料的方法。

背景技术

氮化钛(TiN)陶瓷材料是一种具有面心立方结构的新型多功能陶瓷材料，由于其具有高熔点、高硬度、良好的导电性等特点，广泛应用在高温、极大摩擦力的工作环境下，也可作为熔盐电解的电极以及电触头使用，已经在民用、航空航天等领域发挥了非常重要的作用。

由于氮化钛陶瓷较难烧结，因此在制备氮化钛陶瓷时一般是直接将活性较高的纳米氮化钛粉等在高温下进行热压烧结制备，产物致密度较高、性能较好，但存在保温时间过长、原料成本过高等问题。

另外，氮化钛陶瓷晶体结构本身存在各向异性，导致不同晶面的性能也有很大区别。如文献(Journal of Applied Physics,1996,80(12):6725-6733.)报道，氮化钛陶瓷不同晶面力学性能有如下规律：(111)(001)(011)，表现出明显的各向异性特征。因此，若采用一定的微结构调控手段，使氮化钛陶瓷材料的微观结构中，各向异性的氮化钛晶粒沿着某些特定方向规则排列，就可使材料特定方向上的性能得到增强。然而，目前烧结制备的氮化钛陶瓷材料其晶粒均表现为随机取向特征，这使得氮化钛陶瓷材料在特定方向的性能无法得到显著提高。目前，对于各向异性氮化钛陶瓷的制备，基本采用的是化学气相沉积的方法(Materials Transactions,2009,50(8):2028-2034)或抽滤结合高温氮化处理的方法(如专利“一种各向异性氮化钛陶瓷薄膜及其制备方法”，公开号：CN106848226A)获得，产物只能为厚度很薄的各向异性氮化钛陶瓷薄膜材料，尚不能获得各向异性TiN陶瓷块体材料。因此，寻找一种简单快捷的制备各向异性氮化钛陶瓷块体材料的方法对于提升传统氮化钛陶瓷材料的性能、扩展其应用领域至关重要。

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快速制备各向异性氮化钛陶瓷块体材料的方法——采用放电等离子烧结法，该方法具有操作简单、烧结相对温度低、保温时间短的优点，经该方法能够快速制备出性能良好的各向异性氮化钛陶瓷块体材料。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种快速制备各向异性氮化钛陶瓷块体材料的方法，包括以下步骤：

步骤1：先将沿(00l)晶面择优取向的Ti₂AlN陶瓷块体材料放入热压石墨模具中，再将石墨模具置于放电等离子烧结炉腔体中，烧结炉腔体抽真空至气压小于0.01Pa，施加轴向压力，并快速升温至烧结温度并保温；

步骤2：保温结束后随炉冷却，温度降至室温时卸压，完成烧结过程，制得各向异性氮化钛陶瓷块体材料。

优选地，所用的沿(00l)晶面择优取向的Ti₂AlN陶瓷块体材料的上、下表面平行。

进一步优选地，所用的沿(00l)晶面择优取向的Ti₂AlN陶瓷块体材料的形状为圆柱、圆台、棱柱、棱台或立方体等。

优选地，所用的沿(00l)晶面择优取向的Ti₂AlN陶瓷块体材料的取向度大于50％。

优选地，步骤1中，施加的轴向压力为30～70MPa。