一种制备高纯Ti₃SiC₂粉体的方法

专利名称：一种制备高纯Ti₃SiC₂粉体的方法
技术领域：
本发明涉及ー种Ti3SiC2粉体的制备方法，具体说，是涉及ー种制备高纯Ti3SiC2粉体的方法，属于材料技术领域。
背景技术：
三元层状化合物Ti3SiC2是Ti-Si-C系列中唯一真正三元化合物，属六方晶系，既具有金属的优异性能，如在常温时有很好的导热和导电性能，良好的抗热震性和易加工性以及高温塑性；同吋，它又具有陶瓷的优异性能，如高的屈服強度，高熔点，高热稳定性和高温強度高以及良好的抗氧化性能和耐腐蚀性能；具有广阔的应用前景，是高温发动机的理想候选材料，也可作为新一代的电刷和电极材料，还适合制造在高温、化学腐蚀条件下工作的各类减磨构件。Ti3SiC2粉体除可以直接作为原始粉体，制备具有优异性能的Ti3SiC2块体陶瓷外，也可以将其作为添加剂来合成新型的高温自润滑陶瓷材料。Ti3SiC2的优异性能吸引了国内外众多学者对其制备方法进行研究和探索。但由于在Ti-Si-C三元相图中，高温时单ー Ti3SiC2相稳定区狭窄，说明制备高纯度、全致密的 Ti3SiC2块体材料非常困难。目前制备Ti3SiC2的方法主要可分为2类气相合成法和固相合成法，其中气相合成法有化学气相沉积法，固相合成法包括自蔓延高温合成法、热压法、 热等静压法、脉冲放电烧结法等。但上述制备方法的共同缺陷都是不能得到高纯度Ti3SiC2 粉体，主要杂质是钛的碳化物和/或氧化物等，以致限制了该材料在エ业界的广泛应用。综上所述，寻求ー种エ艺简单、可エ业化制备高纯Ti3SiC2粉体的方法将是本领域啓需解决的难题。

发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷和问题，本发明的目的是提供ー种エ艺简单、可エ 业化制备高纯Ti3SiC2粉体的方法，以满足Ti3SiC2材料的エ业应用要求。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下ー种制备高纯Ti3SiC2粉体的方法，包括如下步骤a)首先将聚碳硅烷溶于有机溶剂中，然后加入氢化钛粉，超声使混合均勻；b)边加热边搅拌，直至有机溶剂挥发充分使溶液变成粘稠状，然后进行真空干燥；C)在惰性气氛保护下，进行低温处理在500 1200°C保温0. 5 2小吋，升温速率为 1 10°C /min ；d)在惰性气氛保护下，进行高温处理在1400 1600°C保温0. 5 2小吋，升温速率为1 IO0C /min ；即得所述的高纯Ti3SiC2粉体。所述的有机溶剂优选为溶剂汽油、ニ甲苯或甲苯。所述的有机溶剂与聚碳硅烷的质量比推荐为1 1 10 1，优选为3 1 10 1。
所述的氢化钛粉与聚碳硅烷的质量比推荐为0.5 1 2.5 1，优选为
1. ο · 1 . ο · Io所述真空干燥的温度推荐为80 200°C，优选为100 200°C。所述真空干燥的时间推荐为0. 5 6小吋，优选为2 6小吋。所述的惰性气氛优选为氩气氛。本发明技术方案中的关键点主要有以下四个1.以氢化钛作为钛源，通过氢化钛释氢反应生成的钛代替现有技术中的钛粉，不仅提高了钛源的纯度，而且生成的钛具有更高的活性。2.氢化钛与聚碳硅烷的质量比。氢化钛与聚碳硅烷合适的质量比是制备高纯 Ti3SiC2的关键。聚碳硅烷量较少时，裂解产物不能提供足够的活性成分，氢化钛无法完全反应生成Ti3SiC2，会导致存在TiC等杂相；当聚碳硅烷较多吋，氢化钛完全转化为Ti3SiC2, 但多余的聚碳硅烷会转化为SiC ；只有当氢化钛与聚碳硅烷的质量比合适时，氢化钛会完全转化为Ti3SiC2,并且没有SiC相残留，以致形成高纯Ti3SiC2粉体；3.采用氢化钛作为钛源，可以降低初步处理温度。4.高温处理可以促进低温处理后的各组分进一歩反应，致使钛元素完全转化为
1 1 ^o X しο ο与现有技术相比，利用本发明方法制备的Ti3SiC2粉体具有纯度高(可达98%以上)、结晶度高(完全为Ti3SiC2相)、Ti3SiC2粉体粒度较小(约为几微米)等优点，且本方法エ艺简単，易于操作，能耗较少，能满足エ业化生产Ti3SiC2粉体的规模化和经济上的要求，具有广泛应用价值。


图1为实施例1制得的Ti3SiC2粉体的扫描电镜照片；图2为实施例1制得的Ti3SiC2粉体的X射线衍射图谱；图3为实施例2制得的Ti3SiC2粉体的X射线衍射图谱；图4为实施例3制得的Ti3SiC2粉体的X射线衍射图谱；图5为实施例4制得的Ti3SiC2粉体的X射线衍射图谱。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明做进ー步详细、完整地说明。实施例1a)先将IOg聚碳硅烷溶于30gニ甲苯中，然后加入17. 2g氢化钛粉，超声使其混合均勻；b)边加热边搅拌，直至有机溶剂挥发充分使溶液变成粘稠状，然后在130°C进行真空干燥3小吋；c)在氩气氛保护下，进行低温处理在700°C保温0. 5小吋，升温速率为5°C /min ；d)在氩气氛保护下，进行高温处理在1500°C保温0. 5小吋，升温速率为5°C / min ；即得Ti3SiC2粉体。在低温处理过程，可能发生的反应方程式如下
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TiH2 — Ti+H2PCS — SiC+CTi+C — TiCTi+SiC — Ti5Si3C+C ；在高温处理过程，可能发生的反应方程式如下Ti5Si3C+C — Ti3SiC2+SiTi5Si3C+TiC+C — Ti3SiC2。图1为本实施例制得的Ti3SiC2粉体的扫描电镜照片，由图1可见制得的Ti3SiC2 粉体粒度较小，平均粒径为0. 95 μ m。图2为本实施例制得的Ti3SiC2粉体的X射线衍射图谱，由图2可见制得的 Ti3SiC2粉体纯度高，且结晶度高。实施例2本实施例与实施例1的不同之处仅在于低温处理温度为1100°C ；其余内容均同实施例1中所述。图3为本实施例制得的Ti3SiC2粉体的X射线衍射图谱，由图3可见制得的 Ti3SiC2粉体纯度高，且结晶度高。实施例3本实施例与实施例1的不同之处仅在于氢化钛粉与聚碳硅烷的质量分别为 15. 2g和IOg ；其余内容均同实施例1中所述。图4为本实施例制得的Ti3SiC2粉体的X射线衍射图谱，由图4可见Ti完全以 Ti3SiC2的形式存在，含有少量SiC杂质；另外可得知，制得的Ti3SiC2粉体结晶度高。实施例4本实施例与实施例1的不同之处仅在于氢化钛粉与聚碳硅烷的质量分别为 15. 2g和IOg ；低温处理温度为1100°C ；其余内容均同实施例1中所述。图5为本实施例制得的Ti3SiC2粉体的X射线衍射图谱，由图5可见Ti完全以 Ti3SiC2的形式存在，含有少量SiC杂质；另外可得知，制得的Ti3SiC2粉体结晶度高。最后有必要在此指出的是以上实施例只用于对本发明作进ー步详细说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的ー些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种制备高纯Ti3SiC2粉体的方法，其特征在于，包括如下步骤a)首先将聚碳硅烷溶于有机溶剂中，然后加入氢化钛粉，超声使混合均勻；b)边加热边搅拌，直至有机溶剂挥发充分使溶液变成粘稠状，然后进行真空干燥；c)在惰性气氛保护下，进行低温处理在500 1200°C保温0.5 2小时，升温速率为 1 10°C /min ；d)在惰性气氛保护下，进行高温处理在1400 1600°C保温0.5 2小时，升温速率为1 IO0C /min ；即得所述的高纯Ti3SiC2粉体。
2.根据权利要求1所述的制备高纯Ti3SiC2粉体的方法，其特征在于所述的有机溶剂为溶剂汽油、二甲苯或甲苯。
3.根据权利要求1所述的制备高纯Ti3SiC2粉体的方法，其特征在于所述的有机溶剂与聚碳硅烷的质量比为1 1 10 1。
4.根据权利要求1所述的制备高纯Ti3SiC2粉体的方法，其特征在于所述的氢化钛粉与聚碳硅烷的质量比为0.5 1 2. 5 1。
5.根据权利要求1所述的制备高纯Ti3SiC2粉体的方法，其特征在于所述真空干燥是指在80 200°C，真空干燥0. 5 6小时。
6.根据权利要求1所述的制备高纯Ti3SiC2粉体的方法，其特征在于所述的惰性气氛为氩气氛。
全文摘要
本发明公开了一种制备高纯Ti3SiC2粉体的方法，所述方法包括如下步骤首先将聚碳硅烷溶于有机溶剂中，然后加入氢化钛粉，超声使混合均匀；边加热边搅拌，直至有机溶剂挥发充分使溶液变成粘稠状，然后进行真空干燥；在惰性气氛保护下，进行低温处理；再在惰性气氛保护下，进行高温处理。利用本发明方法制备的Ti3SiC2粉体具有纯度高、结晶度高及粉体粒度较小等优点，而且本发明方法工艺简单，易于操作，能耗较少，能满足工业化生产Ti3SiC2粉体的规模化和经济上的要求，具有广泛应用价值。
文档编号C01B33/00GK102530945SQ20111042112
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月15日 优先权日2011年12月15日
发明者何平, 张翔宇, 杨金山, 王震, 胡建宝, 胡志辉, 董绍明, 高乐 申请人:中国科学院上海硅酸盐研究所