AlC陶瓷材料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种三元层状陶瓷材料的制备方法，特别涉及一种低温制备Ti2AlC陶瓷材料的方法。
【背景技术】
[0002]随着经济的高速发展和工业化进程的不断加快，各行各业特别是机械、航空航天、能源等高温结构领域对材料的要求也日益提高。Ti2AlC作为三元层状陶瓷材料211相的典型代表，兼具金属和陶瓷的性能，如良好的导热导电性能、较低的维氏硬度、高韧性、高弹性模量、高熔点、极为优良的抗热震性能、较高的屈服强度、高温下具有塑性、高热稳定性以及良好的抗氧化、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦磨损等性能，在工程上有着广泛的应用前景。但是Ti2AlC陶瓷材料制备成本高仍然是制约其特性发挥和工程应用的主要障碍。
[0003]文献I (M.ff.Barsoum, et al., J.Mater.Syn.Process., 1997 ；5:197-216)以 T1、Al4C3和C粉为原料，采用热压技术，在压力为40MPa于1600°C保温4小时制备出Ti 2A1C块体材料。文献 2 (M.ff.Barsoum, et al., Metall.Mater.Trans.A, 2000, 3ΙΑ, 1857 - 1865.)以T1、Al4C3和C粉为原料，采用热等静压技术，在压力为40MPa于1300°C保温30小时，得到高纯致密 Ti2AlC 块体材料。文献 3 (Hong etal.，J.Chin.Ceram.Soc.，2003，31 (10), 991 -993.)以T1、Al和C粉为原料，采用放电等离子体烧结技术，在30 MPa单轴压力下于1100°C保温8分钟，也得到高纯致密的Ti2AlC块体材料。文献4 (V.Gauthier-Brunet etal., J.Eur0.Ceram.Soc.，2009 ；29 ；187 - 194)以T1、Al4C3和C粉为原料，采用高温自蔓延技术，在1400°C保温I小时，得到含有TiC的Ti2AlC块体材料，而当温度低于1400°C保温I小时制备的样品中含有大量的中间相。虽然上述制备方法都可以制备出纯度较高Ti2AlC陶瓷材料，但是存在所用设备昂贵、烧结温度高、产量小、能耗大等诸多缺点，不利于Ti2AlC陶瓷材料规模化的生产。
【发明内容】
[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温制备Ti2AlC陶瓷材料的方法，所制备的Ti2AlC陶瓷材料工艺参数稳定，适用于Ti2AlC陶瓷材料的规模化生产，具有工艺简单、合成温度低、制备时间短、纯度高的特点。
[0005]为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0006]—种低温制备Ti2AlC陶瓷材料的方法，其步骤如下:
[0007]步骤一:以Ti粉、Al粉和TiC粉为原料，按照其摩尔比x: y:1进行称料，1.00^ 1.50，1.00 ^ 1.50，然后将混合后的粉体置入球磨罐中，以酒精为球磨介质，在球料比为4:1、转速为400转/分钟的条件下球磨2-6小时，磨好的粉料在60°C下真空干燥4小时，得到均匀混合粉料；
[0008]步骤二:将步骤一所制得的混合粉料放入内径为1mm的不锈钢模具内，在单轴压力为50-500MPa的条件下冷压成厚度小于1mm的圆块；
[0009]步骤三:将步骤二所制得的预压块体放入温度为700-850°C的空气炉中进行热爆反应，保温1-5分钟后从空气炉内取出，冷却至室温后磨去其表面的氧化层；
[0010]步骤四:将步骤三所制得的块体破碎并采用干磨的方法球磨成粉，球料比为8:1，转速为400转/分钟，球磨时间为4小时，对该粉体进行酸洗处理2小时，经过酒精洗涤3次，并于60°C下真空干燥4小时后得到高纯度的Ti2AlC陶瓷材料。
[0011]所述步骤四中采用的酸洗介质为醋酸或稀硫酸或稀盐酸。
[0012]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0013]1.本发明利用T1、Al和TiC粉的热爆反应，可以在700°C下和I分钟内合成出Ti2AlC陶瓷，制备过程温度条件低、制备时间短、效率高、制备过程能耗小、成本低。
[0014]2.本发明利用热爆反应制备出的Ti2AlC陶瓷具有一定空隙及微裂纹，容易破碎并球磨成粉，所得粉体粒径小、纯度高并且产率大。
[0015]3.本发明所用合成设备为空气炉，所用设备简单，整个工艺流程简单且操作简便、重复性强，工艺参数稳定且容易控制，宜于实现其规模化生产。
【附图说明】
[0016]图1是实施例3中热爆反应结束后磨去表面氧化层后坯体的XRD图谱。
[0017]图2是实施例3所得Ti2AlC陶瓷块体的微观形貌图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
[0019]实施例一
[0020]步骤一:以Ti粉、Al粉和TiC粉为原料，按照其摩尔比1.00:1.00:1.00进行称料，然后将混合后的粉体置入球磨罐中，以酒精为球磨介质，在球料比为4:1、转速为400转/分钟的条件下球磨4小时，磨后的粉料在60°C下真空干燥2小时，得到均匀混合粉料；
[0021]步骤二:将步骤一所制得的混合粉料放入内径为1mm的不锈钢模具内，在单轴压力为200MPa的条件下冷压成厚度为2mm的圆块；
[0022]步骤三:将步骤二所制得的预压块体放入温度为850°C的空气炉中进行热爆反应，保温I分钟后从空气炉内取出，冷却至室温后磨去其表面的氧化层；
[0023]步骤四:将步骤三所制得的块体破碎并采用干磨的方法球磨成粉，球料比为8:1，转速为400转/分钟，球磨时间为4小时，利用稀硫酸对该粉体进行酸洗处理2小时，经过酒精洗涤3次，并于60°C下真空干燥4小时后得到高纯度的Ti2AlC陶瓷材料。
[0024]实施例二
[0025]步骤一:以Ti粉、Al粉和TiC粉为原料，按照其摩尔比1.05:1.10:1.00进行称料，然后将混合后的粉体置入球磨罐中，以酒精为球磨介质，在球料比为4:1、转速为400转/分钟的条件下球磨4小时，磨后的粉料在60°C下真空干燥6小时，得到均匀混合粉料；
[0026]步骤二:将步骤一所制得的混合粉料放入内径为1mm的不锈钢模具内，在单轴压力为500MPa的条件下冷压成厚度为8mm的圆块；
[0027]步骤三:将步骤二所制得的预压块体放入温度为780°C的空气炉中进行热爆反应，保温5分钟后从空气炉内取出，冷却至室温后磨去其表面的氧化层；
[0028]步骤四:将步骤三所制得的块体破碎并采用干磨的方法球磨成粉，球料比为8:1，转速为400转/分钟，球磨时间为4小时，利用稀盐酸对该粉体进行酸洗处理2小时，经过酒精洗涤3次，并于60°C下真空干燥4小时后得到高纯度的Ti2AlC陶瓷材料。
[0029]实施例三
[0030]步骤一:以Ti粉、Al粉和TiC粉为原料，按照其摩尔比1.25:1.30:1.00进行称料，然后将混合后的粉体置入球磨罐中，以酒精为球磨介质，在球料比为4:1、转速为400转/分钟的条件下球磨4小时，磨后的粉料在60°C下真空干燥4小时，得到均匀混合粉料；
[0031]步骤二:将步骤一所制得的混合粉料放入内径为1mm的不锈钢模具内，在单轴压力为50MPa的条件下冷压成厚度为4mm的圆块；
[0032]步骤三:将步骤二所制得的预压块体放入温度为700°C的空气炉中进行热爆反应，保温2分钟后从空气炉内取出，冷却至室温后磨去其表面的氧化层；
[0033]步骤四:将步骤三所制得的块体破碎并采用干磨的方法球磨成粉，球料比为8:1，转速为400转/分钟，球磨时间