一种高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法与流程

本发明涉及陶瓷材料制备领域，特别是涉及一种高活性合金插层ti3almc2陶瓷材料的制备方法。

背景技术：

陶瓷材料具有熔点高、抗氧化、耐腐蚀等优点，在能源、冶金、机械、化工等领域有着广阔的应用前景。但是陶瓷材料同时也具有脆性高、断裂韧性低、加工困难等缺点。如何改善陶瓷材料的性能，提高利用率，是亟待解决的问题。目前，一种具有层状结构的新型三元陶瓷mn+1axn材料引起了人们的广泛关注。其中，m是过渡族金属元素，a是ⅲ或ⅳ族元素，x是c或n，n＝1，2或3。而最具代表性的是ti3alc2陶瓷材料。

三元层状陶瓷ti3alc2集金属和陶瓷的优良性能于一身，耐高温，弹性模量高，在高温下具有良好的塑性，是高温发动机、热交换器的理想候选材料。同时，ti3alc2耐热震，具有良好的导电、导热性，易加工，并有良好的自润滑性能，又可作为高速滑动接触导电的构件、交流电机电刷等。此外，ti3alc2陶瓷材料还具有良好的机械加工性、抗氧化性和耐腐蚀性，适用于化学反应釜用的搅拌器轴承等。

朱丽慧等人以传统的ti、al、c单质为原料，用机械合金化加上退火处理来制备了ti3alc2粉体材料，但是该发明方法制备的ti3alc2材料中，tic含量较高，且活性很低(中国专利cn200510110176.3)，限制了产品的应用范围。郭俊明等人采用自蔓延高温合成法(shs)，以ti、al、c为原料，按3:1:2摩尔比合成制备ti3alc2粉体材料，但是该方法制备条件较苛刻，产物纯度不够高，且活性很低，很难进行后处理(中国专利cn200910094336.8)。王芬等人采用机械合金化以及真空热烧结的方法来制备ti3alc2陶瓷粉料，但是该方法制备的ti3alc2中tic杂质相较多，纯度不高，且没有表现出好的活性(中国专利cn201310497696.9)。总之，ti3alc2的制备方法有很多种，但是大多数方法很难得到纯度较高的ti3alc2材料，产物中经常会伴有一些杂质相，如tic、ti3alc等，影响了材料的性能；此外，更重要的是，传统原料配方得到的产物活性比较低，几乎不与低浓度酸或者碱反应，后续应用不理想，很难满足应用需求。

技术实现要素：

基于此，有必要针对当前ti3alc2的制备过程中出现的杂质较多、产物活性较低等问题，提供一种高活性合金插层ti3almc2陶瓷材料的制备方法。

一种高活性合金插层ti3almc2陶瓷材料的制备方法，以tih2粉、alm合金粉、tic粉为原料，在高温高压条件下合成ti3almc2陶瓷材料，所述alm合金选自alli合金、alna合金、和alk合金中的任意一种。

上述高活性合金插层ti3almc2陶瓷材料的制备方法，其配方新颖，工艺简单，耗时少。得到的ti3almc2陶瓷材料纯度高、杂质少，并且产品活性高，具有良好的应用前景。

在其中一个实施例中，所述tih2、alm合金、tic的摩尔比为1:(1～2):(1.5～2)。

在其中一个实施例中，所述alm合金的制备方法为：将铝粒和锂粒/钠粒/钾粒中的任意一种按照1:1的摩尔比混合，然后用电弧熔炼炉在100～200a的电流下反复熔炼，得到alm合金。

在其中一个实施例中，在高温高压条件下合成ti3almc2陶瓷材料前将所述tih2粉、alm合金粉、tic粉进行球磨处理。

在其中一个实施例中，所述球磨处理的球料比为10:1，球磨转速为400～600r/min，球磨时间为4～8h。

在其中一个实施例中，所述在高温高压下合成合金插层ti3almc2陶瓷材料的条件为：在压力3～4gpa、温度1250～1400℃下保温10～30min，即得ti3almc2陶瓷材料。

在其中一个实施例中，保温完成后，冷却10min，然后缓慢卸压，得到ti3almc2陶瓷材料。

上述高活性合金插层ti3almc2陶瓷材料，由于高温高压合成过程中，tih2脱出氢气，生成气孔，使材料产生大量空位缺陷。更重要的是，由于alm活性合金的插层作用，使得到的ti3almc2具有很高的活性，既能与酸反应，也能与碱反应，这极大地降低了陶瓷材料后续处理难度，并极大地提高了陶瓷材料的应用范围，使其具有很高的应用价值。

附图说明

图1为本发明实施例1得到的ti3allic2陶瓷材料的扫描电镜图；

图2为本发明实施例2得到的ti3alnac2陶瓷材料的扫描电镜图；

图3为本发明实施例3得到的ti3alkc2陶瓷材料的扫描电镜图；

图4为本发明实施例1得到的ti3allic2陶瓷材料经过5wt.％氢氟酸处理，得到产物的扫描电镜图；

图5为本发明实施例1得到的ti3allic2陶瓷材料经过10wt.％氢氧化钠处理，得到产物的扫描电镜图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明的制备方法如下：

(1)将高纯铝粒和锂粒/钠粒/钾粒中的任意一种按照1:1的摩尔比混合，然后用电弧熔炼炉在100～200a的电流下反复熔炼，得到alm合金，研磨成粉后备用；

(2)将高纯tih2粉、alm合金粉、tic粉按1:(1～2):(1.5～2)的摩尔比称量配料，然后按球料比10:1在400～600r/min的转速下高能球磨4～8h；

(3)将球磨后的混合物料在50mpa下预压成直径10mm、高15mm的圆柱体，用六面顶压机在3～4gpa、1250～1400℃条件下保温10～30min进行高压合成；

(4)保温完成后，冷却10min，然后缓慢卸压，得到高纯度的高活性合金插层ti3almc2陶瓷材料。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明的高活性合金插层ti3almc2陶瓷材料的制备方法工艺简单、耗时少，所得产品纯度高、杂质少；

2、本发明的高活性合金插层ti3almc2陶瓷材料的制备方法由于alm合金中的m金属熔点低、易挥发，起到活化、插层的作用，使得合成的材料具有很高的活性，使其既能与酸反应，也能与碱反应；

3、本发明的高活性合金插层ti3almc2陶瓷材料的制备方法由于高温高压合成过程中，tih2脱出氢气，生成气孔，使材料产生大量空位缺陷，性能好。

实施例1

称取高纯锂粒7g，铝粒27g，然后用电弧熔炼炉在氩气气氛下，用100a电流熔炼4次，冷却后得到alli合金，并研磨成粉；将高纯tih2粉、alli合金粉、tic粉按摩尔比tih2:alli:tic＝1:1:2进行称量，即tih2粉5g，alli粉3.4g，tic粉12g，然后按球料比10:1称取硬质合金球204g，将球磨罐中充入氩气，在400rpm转速下高能球磨4h；将球磨好的料在50mpa下预压成直径10mm、高15mm的圆柱体，用六面顶压机在3gpa、1250℃条件下保温10min进行高压合成；保温完成后，冷却10min，然后缓慢卸压，得到高纯度的高活性alli插层ti3allic2陶瓷材料。

实施例2

称取高纯钠粒23g，铝粒27g，然后用电弧熔炼炉在氩气气氛下，用150a电流熔炼4次，冷却后得到alna合金，并研磨成粉；将高纯tih2粉、alna合金粉、tic粉按摩尔比tih2:alna:tic＝1:1.5:2进行称量，即tih2粉5g，alna合金粉7.5g，tic粉12g，然后按球料比10:1称取硬质合金球245g，将球磨罐中充入氩气，在500rpm转速下高能球磨6h；将球磨好的料在50mpa下预压成直径10mm、高15mm的圆柱体，用六面顶压机在3.5gpa、1350℃条件下保温20min进行高压合成；保温完成后，冷却10min，然后缓慢卸压，得到高纯度的高活性alna插层ti3alnac2陶瓷材料。

实施例3

称取高纯钾粒39g，铝粒27g，然后用电弧熔炼炉在氩气气氛下，用200a电流熔炼4次，冷却后得到alk合金，并研磨成粉；将高纯tih2粉、alk合金粉、tic粉按摩尔比tih2:alk:tic＝1:1.5:1.5进行称量，即tih2粉5g，alk合金粉9.9g，ic粉9g，然后按球料比10:1称取硬质合金球239g，将球磨罐中充入氩气，在600rpm转速下高能球磨8h；将球磨好的料在50mpa下预压成直径10mm、高15mm的圆柱体，用六面顶压机在4gpa、1400℃条件下保温30min进行高压合成；保温完成后，冷却10min，然后缓慢卸压，得到高纯度的高活性alk插层ti3alkc2陶瓷材料。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。