一种冲击波制备Ti₅Si₃光催化剂的方法

专利名称：一种冲击波制备Ti₅Si₃光催化剂的方法
技术领域：
本发明涉及一种冲击波制备Ti5Si3光催化剂的方法，属于材料处理及组合技术领域。
背景技术：
Ti5Si3是一种性能优异的高温铸造型钛合金，具有高熔点(2403K)、低密度(4. 32g/cm3)、高硬度(11. 3GPa)及较高的杨氏模量(225GPa)，在高温下也具有很高的强度，优异的抗蠕变性能和抗氧化性，这些独特的物理、化学、机械性能使其有希望在高温结构材料方面得到应用。此外，Ti5Si3还是合成一种层状碳化物(Ti3SiC2)的中间相，这种碳化 物兼有金属和陶瓷的性质，具有许多用途，但目前还没有将Ti5Si3作为光催化剂的应用。合成硅化物的传统冶金方法有电弧熔化、粉末压实烧结、反应合成等。除了这些传统方法，机械合金法与机械诱导自蔓延反应也用来合成硅化物。这些传统方法不但工艺过程复杂、所需要的时间较长、成本较高，也没有相应的光催化测试数据。因此需要一种制备Ti5Si3光催化剂的方法，实现Ti5Si3良好的光吸收性质和光催化活性。

发明内容
本发明的目的在于提供了一种冲击波制备Ti5Si3光催化剂的方法，所述方法利用爆炸冲击波制备得到具有良好活性的Ti5Si3光催化剂。为实现上述目的，本发明的技术方案如下一种冲击波制备Ti5Si3光催化剂的方法，所述方法过程如下步骤一、将Ti粉和Si粉均匀混合后，机械球磨l(T20min，得到混合粉体；其中，Ti粉的物质的量Si粉的物质的量=5:3 ;步骤二、将混合粉体压成初坯，初坯致密度为55%飞5% ；其中，致密度=初坯的压实密度/粉体本身的密度；步骤三、用速度为3. (T3. 4km/s的飞片撞击初坯诱发反应，得到Ti5Si3光催化剂；其中，优选用炸药爆轰驱动的飞片撞击初坯诱发反应，得到Ti5Si3光催化剂。有益效果本发明所述的一种冲击波制备Ti5Si3光催化剂的方法，将反应物混合得到粉体初坯，利用炸药爆轰驱动飞片高速撞击产生的瞬时高温高压，使Ti粉和Si粉在瞬间反应，从而得到Ti5Si3光催化剂。所述方法成本低廉，工艺过程简单，在极短的时间内即可完成。所述方法制备得到的Ti5Si3光催化剂具有较好的光催化活性。


图I为本发明实施例所述的冲击波制备Ti5Si3光催化剂的装置示意图；图2为本发明实施例制备得到的Ti5Si3光催化剂的X射线衍射(XRD)图；图3为本发明实施例I制备得到的Ti5Si3光催化剂的扫描电镜(SEM)图4为本发明实施例制备得到的Ti5Si3光催化剂的光催化降解水制氢曲线图；其中1-雷管；2-传爆药柱；3-聚氯乙烯(PVC)药筒；4-炸药；5-飞片；6_支架；7-样品盒；8-初坯；9_塞子。
具体实施例方式下面通过具体实施例来详细描述本发明。实施例I一种冲击波制备Ti5Si3光催化剂的方法，所述方法过程如下步骤一、将Ti粉和Si粉均匀混合后，机械球磨lOmin，得到混合粉体；
其中，Ti粉的物质的量Si粉的物质的量=5:3 ;步骤二、将混合粉体压成初还,初还致密度为55% ；步骤三、用炸药爆轰驱动的飞片撞击初坯，利用冲击产生的瞬时高温高压诱发反应，得到Ti5Si3光催化剂。其中，如图I所示，所述冲击波制备Ti5Si3光催化剂的装置包括雷管I、传爆药柱2、PVC药筒3、炸药4、飞片5、支架6、样品盒7、初坯8和塞子9 ;其中PVC药筒3中装有炸药4，传爆药柱2插于炸药4中，在传爆药柱2上设有雷管I ;飞片5位于炸药4下方并与炸药4紧密接触，通过支架6将PVC药筒3安装在样品盒7上方；在样品盒7的下部开口，塞子9位于开口内；飞片5材料为不锈钢；炸药4为硝基甲烷液体炸药；传爆药柱2为8701高能炸药；具体过程为将压制好的初坯8装入样品盒7中，用塞子9对初坯8进行固定，样品盒7和塞子9均与初坯8紧密接触；在支架6上安装PVC药筒3 ;点燃雷管1，雷管I通过传爆药柱2引爆炸药4，用炸药4爆轰驱动的飞片5撞击装有初坯8的样品盒7，引发Ti粉和Si粉反应，得到最终产物；其中，飞片速度通过如下已知公式计算Umax = D 1--(^/1 + 2/7-l)；
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\6m \6pJS 16/ ,/式中"== 2Jp dS = 27Pj d，其中pM为飞片密度，d为飞片厚度，由此可知
飞片极限速度最终与炸药密度P O、装药高度I、爆轰速度D、飞片密度P M及飞片厚度d有关；其中 PM=7. 85km/s, d=2mm, Ptl=I. 14g/cm3, l=150mm, D=6300km/s,飞片在飞行过程中的速度损失忽略不计，计算得知飞片撞击样品盒和初坯的速度为3. 07km/s ；对实施例I的最终产物进行表征，其中图2中的曲线a为实施例I最终产物的XRD图，曲线c为步骤一中的混合粉体的XRD图，通过将曲线a和曲线c比较，得知最终产物中没有Ti、Si和其它杂质的衍射峰，为纯相Ti5Si3 ;图3为实施例I最终产物的SEM图，图b为图a的放大图；图4中的曲线a为实施例I最终产物在紫外光下的光催化降解水制氢曲线，实验条件为将0. Ig最终产物置于IOOml水中，500W汞灯下进行紫外光催化实验，在90min产生17 ii mol H2,说明最终产物有良好的光催化制氢活性。实施例2
一种冲击波制备Ti5Si3光催化剂的方法，所述方法过程如下步骤一、将Ti粉和Si粉均匀混合后，机械球磨20min，得到混合粉体；其中，Ti粉的物质的量Si粉的物质的量=5:3 ;步骤二、将混合粉体压成初还,初还致密度为65% ；步骤三、用炸药爆轰驱动的飞片撞击初坯，利用冲击产生的瞬时高温高压诱发反应，得到Ti5Si3光催化剂。所述冲击波制备Ti5Si3光催化剂的装置与实施例I相同；具体过程为具体过程为将压制好的初坯8装入样品盒7中，用塞子9对初坯8进行固定，样品盒7和塞子9均与初坯8紧密接触；在支架6上安装PVC药筒3 ；点燃雷管I，雷管I通过传爆药柱2引爆炸药4，用炸药4爆轰驱动的飞片5撞击装有初坯8的样品盒7，引发Ti粉和Si粉反应，得到最终产物；其中，飞片速度通过如下已知公式计算
权利要求
1.一种冲击波制备Ti5Si3光催化剂的方法，其特征在于所述方法过程如下 步骤一、将Ti粉和Si粉均匀混合后，机械球磨l(T20min，得到混合粉体； 其中，Ti粉的物质的量Si粉的物质的量=5:3 ； 步骤ニ、将混合粉体压成初坯，初坯致密度为55°/Γ65% ； 步骤三、用速度为3. (Γ3. 4km/s的飞片撞击初坯诱发反应，得到Ti5Si3光催化剂。
2.根据权利要求I所述ー种冲击波制备Ti5Si3光催化剂的方法，其特征在于步骤三中用炸药爆轰驱动的飞片撞击初坯诱发反应，得到Ti5Si3光催化剂。
全文摘要
本发明公开了一种冲击波制备Ti5Si3光催化剂的方法，属于材料处理及组合技术领域。所述方法将Ti粉和Si粉均匀混合后，机械球磨得到混合粉体；然后将混合粉体压成初坯，初坯致密度为55%~65%；最后用速度为3.0~3.4km/s的飞片撞击初坯诱发反应，得到Ti5Si3光催化剂；优选用炸药爆轰驱动的飞片撞击初坯诱发反应。所述方法成本低廉，工艺过程简单，在极短的时间内即可完成。所述方法制备得到的Ti5Si3光催化剂具有较好的光催化活性。
文档编号B01J21/06GK102671648SQ20121016479
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月24日 优先权日2012年5月24日
发明者刘建军, 崔乃夫, 陈鹏万, 高翔 申请人:北京理工大学