磁性MAX相陶瓷及其制备方法与流程

本发明涉及max相陶瓷制备技术领域，具体涉及磁性max相陶瓷及其制备方法。

背景技术：

max相是一类三元层状碳化物和氮化物陶瓷材料的统称，它们具有统一的化学式mn+1axn，其中n＝1，2，3；m为过渡金属元素，a为iii或iv族元素，x为c或n原子。由于它兼具陶瓷和金属的优良性能，包括低密度、高模量、良好的导电/导热性能、抗热震性、抗损伤容限性以及优良的抗高温氧化性能等。这一系列优异的性能使其具有广阔的应用前景。2013年，ingason等人首次通过实验合成出了磁性max相(cr075mn025)2gec单晶薄膜，并进行了磁性的分析。该化合物是用第一原理计算来预测的，根据亚铁晶格内的mn浓度和cr/mn原子结构，可以预见各种磁性行为。被分析的薄膜在室温下显示磁性信号。此后，对于磁性max相陶瓷的探索开始变的广泛，包括对已知max相进行磁性分析以及对新型磁性max相的合成。但到目前为止，还未有人合成含有磁性原子的ti3alc2磁性max相陶瓷。

技术实现要素：

本发明提供一种能短时高效制备出稳定的ti3alc2粉体的方法，有利于推动ti3c2在未来研究中的快速发展。

本发明采用的技术方案如下所述：

一种磁性max相陶瓷，其结构为ti3alc2中的一部分钛原子磁性原子取代；磁性原子为铁、钴、或锰中的任意一种。

作为一种优选方式，其分子式为ti2.9fe0.1alc2、ti29co01alc2、ti2.9mn01alc2。

一种磁性max相陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：以氢化钛粉末、磁性单质粉、铝粉、石墨为原料，按摩尔比为为tih2∶磁性单质粉∶al∶c＝2.9∶0.1∶1.2∶2的比例进行配料；磁性单质粉为铁粉、钴粉、锰粉中任意一种。磁性原子与钛原子的最佳比例为fe/co/mn∶ti＝0.1∶2.9，如果磁性原子的比例超过0.1，会有少量tic杂质生成，并随着掺加量的增加，tic杂质不断增多。

步骤2：将上述原料混合均匀后进行烧结，烧结过程为以5℃/min的升温速率升温至600℃，随后以1℃/min的升温速率升至800℃，再以5℃/min的速率升温至1500℃保温1小时。

作为一种优选方式，利用球磨机进行混料，混料时间为24小时，使其充分混合均匀。

作为一种优选方式，取混合好的原料装入氧化铝坩埚中，并置于管式炉中进行烧结。

本发明中，磁性原子会进入ti3alc2晶格，占据钛原子的位置，并取代一部分钛原子，形成置换固溶体，得到具有磁性原子的max相陶瓷。

本发明的有益效果是：

1.工艺简单，成本低。本发明为世界上首次合成出含有磁性原子的ti3alc2磁性max相陶瓷。通过一定摩尔比进行配料，使用管式炉按照一定的温度制度进行烧结，工艺程序简单，成本较低。

2、本发明并未改变ti3alc2max相陶瓷的晶体结构，依旧具有max相陶瓷的诸多优异性能。

附图说明

图1ti3alc2max相陶瓷与含有铁原子的ti3alc2磁性max相陶瓷粉体的x射线衍射图谱。

图2ti3alc2max相陶瓷与含有钴原子的ti3alc2磁性max相陶瓷粉体的x射线衍射图谱。

图3ti3alc2max相陶瓷与含有锰原子的ti3alc2磁性max相陶瓷粉体的x射线衍射图谱。

具体实施方式

以下通过具体实施方案进一步描述本发明，本发明也可通过其它的不脱离本发明技术特征的方案来描述，因此所有在本发明范围内或等同本发明范围内的改变均被本发明包含。

实施例1

ti2.9fe0.1alc2的制备：所用原料为氢化钛粉末(300目)、铁粉(300目)、铝粉(300目)、石墨(1500目)，按摩尔比tih2∶fe∶al∶c＝2.9∶0.1∶1.2∶2的比例进行配料。随后，利用球磨机进行混料，混料时间为24小时，使其充分混合均匀。最后，取混合好的原料装入氧化铝坩埚中，并置于管式炉中进行烧结，其具体的烧结制度为：以5℃/min的升温速率升温至600℃，随后以1℃/min的升温速率升至800℃，再以5℃/min的速率升温至1500℃保温1小时，最后以5℃/min的速率进行冷却，从而制备出含有铁原子的ti3alc2磁性max相陶瓷。

实施例2

ti2.9co0.1alc2的制备：所用原料为氢化钛粉末(300目)、钴粉(300目)、铝粉(300目)、石墨(1500目)，按摩尔比tih2∶co∶al∶c＝2.9∶0.1∶1.2∶2的比例进行配料。随后，利用球磨机进行混料，混料时间为24小时，使其充分混合均匀。最后，取混合好的原料装入氧化铝坩埚中，并置于管式炉中进行烧结，其具体的烧结制度为：以5℃/min的升温速率升温至600℃，随后以1℃/min的升温速率升至800℃，再以5℃/min的速率升温至1500℃保温1小时，最后以5℃/min的速率进行冷却，从而制备出含有钴原子的ti3alc2磁性max相陶瓷。

实施例3

ti29mn0.1alc2的制备：所用原料为氢化钛粉末(300目)、锰粉(300目)、铝粉(300目)、石墨(1500目)，按摩尔比tih2∶mn∶al∶c＝2.9∶0.1∶1.2∶2的比例进行配料。随后，利用球磨机进行混料，混料时间为24小时，使其充分混合均匀。最后，取混合好的原料装入氧化铝坩埚中，并置于管式炉中进行烧结，其具体的烧结制度为：以5℃/min的升温速率升温至600℃，随后以1℃/min的升温速率升至800℃，再以5℃/min的速率升温至1500℃保温1小时，最后以5℃/min的速率进行冷却，从而制备出含有锰原子的ti3alc2磁性max相陶瓷。

比较例

ti3alc2的制备：所用原料为氢化钛粉末(300目)、、铝粉(300目)、石墨(1500目)，按摩尔比tih2∶al∶c＝3∶1.2∶2的比例进行配料。随后，利用球磨机进行混料，混料时间为24小时，使其充分混合均匀。最后，取混合好的原料装入氧化铝坩埚中，并置于管式炉中进行烧结，其具体的烧结制度为：以5℃/min的升温速率升温至600℃，随后以1℃/min的升温速率升至800℃，再以5℃/min的速率升温至1500℃保温1小时，最后以5℃/min的速率进行冷却，从而制备出ti3alc2max相陶瓷。

下面具体介绍含有磁性原子的ti3alc2磁性max相陶瓷的晶体结构分析。

图1为ti3alc2max相陶瓷与含有铁原子的ti3alc2磁性max相陶瓷粉体的x射线衍射图谱，含有铁原子的ti3alc2磁性max相陶瓷依然具有三元层状结构，其x射线衍射图谱相对于不含有铁原子的ti3alc2max相陶瓷有向右的偏移，晶格参数有所减小。经计算含有铁原子的ti3alc2磁性max相陶瓷的晶格参数为：a＝0.307323，c＝1.855295。

图2为ti3alc2max相陶瓷与含有钴原子的ti3alc2磁性max相陶瓷粉体的x射线衍射图谱。含有钴原子的ti3alc2磁性max相陶瓷依然为三元层状结构，其x射线衍射图谱相对于不含有钴原子的ti3alc2max相陶瓷有向右的偏移，晶格参数有所减小。经计算含有铁原子的ti3alc2磁性max相陶瓷的晶格参数为：a＝0.306952，c＝1.853752。

图3ti3alc2max相陶瓷与含有锰原子的ti3alc2磁性max相陶瓷粉体的x射线衍射图谱。含有锰原子的ti3alc2磁性max相陶瓷依然为三元层状结构，其x射线衍射图谱相对于不含有锰原子的ti3alc2max相陶瓷有向右的偏移，晶格参数有所减小。经计算含有锰原子的ti3alc2磁性max相陶瓷的晶格参数为：a＝0.30737，c＝1.85553。

由实施例1-3和比较例可见，本方法成功制备出含有磁性原子的ti3alc2磁性max相陶瓷，具有工艺流程简单，成本低的特点。

以下为实施例1～实施例3所得产品与ti3alc2max相陶瓷与含有磁性原子的ti3alc2磁性max相陶瓷性能对比

上述性能试验结果对比，说明磁性max相陶瓷与ti3alc2max相陶瓷性能接近，也就是说磁性max相陶瓷仍然具有max相陶瓷的诸多优点。

值得说明的是，基于上述结构设计的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。