一种原位热压/固－液相反应制备钛铝碳块体材料的方法.pdf

一种原位热压/固-液相反应制备钛铝碳块体材料的方法
    本发明涉及金属间化合物，特别提供了一种原位热压/固-液相反应制备Ti3AlC2块体材料的方法

    Ti3AlC2是一种新型三元层状化合物。它既具有陶瓷材料的诸多优点，如高熔点，高模量(杨氏模量297GPa，剪切模量124GPa)、高强度等；又具有金属材料的一些特性，如高导电率，高导热率，对破坏有较强抵抗力和可机械加工等。此外，由于Ti3AlC2密度低(4.2g/cm3)，是一种很有希望应用在航空、航天、核工业和电子信息等高技术领域的一种新型结构/功能一体化材料。虽然Ti3AlC2具有优异的综合性能和广泛的应用前景。但是由于这种材料的制备困难，使得他的基础研究和应用受到限制。如文献1.J.Am.Ceram.Soc.83，No.4，2000。以Ti，石墨和Al4C3为原料，在1400℃，70MPa热压16小时，合成出非化学计量比的Ti3AlC2块体多晶材料。由于原料中Al4C3的吸水性很强，Al4C3吸收的水分难以除净，造成在产物中有Al2O3杂质相存在()。Al2O3为脆性氧化物陶瓷，它在Ti3AlC2多晶块体材料中的存在影响Ti3AlC2的机械性能和导电性能。

    本发明的目的在于提供了一种以Ti粉、Al粉和C粉为原料，在较低温度、短时间进行原位热压/固-液相反应来获得Ti3AlC2块体材料的制备方法。

    本发明提供了一种原位热压/固-液相反应制备钛铝碳块体材料的方法，其特征在于：

    1)原料组成及成分范围：

    以Ti粉，Al粉和C粉为原料；Ti粉，Al粉和C粉的原子比Ti∶Al∶C＝3∶(1.0-1.1)∶(1.8-2.0)；

    2)工艺：

    原料球磨5～15小时，在8～12MPa压力下压成饼状，放入石墨模具中在通有Ar气做保护气氛的热压炉中以5-30℃/min的升温速率升至1200℃-1500℃原位热压/固-液相反应0.5-4小时，热压压力10-50MPa。

    本发明的特点是：1.选用原材料简单，它们是Ti粉、Al粉和C粉；2.充分利用Ti与Al，Ti与C之间的放热反应促进Ti3AlC2的合成，因此，热压温度低，在1500℃以下，反应时间短，一般在2小时以内合成完毕；3.通过原位热压/固-液相反应，反应和烧结一步完成，得到了单一相致密Ti3AlC2块体材料。其反应过程可描述为：，，。

    下面通过实施例详述本发明。

    附图1为反应产物的X-射线衍射；

    实施例1.

    Ti粉71.82克，Al粉13.49克，C粉12.01克，球磨10小时，在10MPa压力下压成饼状，放入石墨模具中在通有Ar气做保护气氛地热压炉中以10℃/min的升温速率升至1450℃原位热压/固-液相反应2小时，热压压力20MPa。获得的反应产物经X-射线衍射分析为Ti3AlC2。Ti3AlC2的X-射线衍射图见附图1。用阿基米德法测其密度为4.22g/cm3(理论密度为4.25g/cm3)。

    实例2.

    Ti粉71.82克，Al粉14.84克，C粉10.81克，球磨10小时，在10MPa压力下压成饼状，放入石墨模具中在通有Ar气做保护气氛的热压炉中以20℃/min的升温速率升至1500℃固-液相反应1小时，热压压力20MPa。块体用阿基米德法测其密度为4.2g/cm3。获得的反应产物经X-射线衍射分析为Ti3AlC2。