一种高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法，以TiH2、AlM合金、TiC为原料，在高温高压条件下合成Ti3AlMC2陶瓷材料，所述AlM合金选自AlLi合金、AlNa合金、和AlK合金中的任意一种。本发明专利技术的高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法配方新颖，工艺简单，耗时少，得到的Ti3AlMC2陶瓷材料纯度高、杂质少，并且产品活性高，既能与低浓度酸反应，也能与碱反应，这极大地降低了陶瓷材料后续处理难度，并极大地提高了陶瓷材料的应用范围，使其具有很高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法
本专利技术涉及陶瓷材料制备领域，特别是涉及一种高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法。
技术介绍
陶瓷材料具有熔点高、抗氧化、耐腐蚀等优点，在能源、冶金、机械、化工等领域有着广阔的应用前景。但是陶瓷材料同时也具有脆性高、断裂韧性低、加工困难等缺点。如何改善陶瓷材料的性能，提高利用率，是亟待解决的问题。目前，一种具有层状结构的新型三元陶瓷Mn+1AXn材料引起了人们的广泛关注。其中，M是过渡族金属元素，A是Ⅲ或Ⅳ族元素，X是C或N，n＝1，2或3。而最具代表性的是Ti3AlC2陶瓷材料。三元层状陶瓷Ti3AlC2集金属和陶瓷的优良性能于一身，耐高温，弹性模量高，在高温下具有良好的塑性，是高温发动机、热交换器的理想候选材料。同时，Ti3AlC2耐热震，具有良好的导电、导热性，易加工，并有良好的自润滑性能，又可作为高速滑动接触导电的构件、交流电机电刷等。此外，Ti3AlC2陶瓷材料还具有良好的机械加工性、抗氧化性和耐腐蚀性，适用于化学反应釜用的搅拌器轴承等。朱丽慧等人以传统的Ti、Al、C单质为原料，用机械合金化加上退火处理来制备了Ti3AlC2粉体材料，但是该专利技术方法制备的Ti3AlC2材料中，TiC含量较高，且活性很低(中国专利CN200510110176.3)，限制了产品的应用范围。郭俊明等人采用自蔓延高温合成法(SHS)，以Ti、Al、C为原料，按3:1:2摩尔比合成制备Ti3AlC2粉体材料，但是该方法制备条件较苛刻，产物纯度不够高，且活性很低，很难进行后处理(中国专利CN200910094336.8)。王芬等人采用机械合金化以及真空热烧结的方法来制备Ti3AlC2陶瓷粉料，但是该方法制备的Ti3AlC2中TiC杂质相较多，纯度不高，且没有表现出好的活性(中国专利CN201310497696.9)。总之，Ti3AlC2的制备方法有很多种，但是大多数方法很难得到纯度较高的Ti3AlC2材料，产物中经常会伴有一些杂质相，如TiC、Ti3AlC等，影响了材料的性能；此外，更重要的是，传统原料配方得到的产物活性比较低，几乎不与低浓度酸或者碱反应，后续应用不理想，很难满足应用需求。
技术实现思路
基于此，有必要针对当前Ti3AlC2的制备过程中出现的杂质较多、产物活性较低等问题，提供一种高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法。一种高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法，以TiH2粉、AlM合金粉、TiC粉为原料，在高温高压条件下合成Ti3AlMC2陶瓷材料，所述AlM合金选自AlLi合金、AlNa合金、和AlK合金中的任意一种。上述高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法，其配方新颖，工艺简单，耗时少。得到的Ti3AlMC2陶瓷材料纯度高、杂质少，并且产品活性高，具有良好的应用前景。在其中一个实施例中，所述TiH2、AlM合金、TiC的摩尔比为1:(1～2):(1.5～2)。在其中一个实施例中，所述AlM合金的制备方法为：将铝粒和锂粒/钠粒/钾粒中的任意一种按照1:1的摩尔比混合，然后用电弧熔炼炉在100～200A的电流下反复熔炼，得到AlM合金。在其中一个实施例中，在高温高压条件下合成Ti3AlMC2陶瓷材料前将所述TiH2粉、AlM合金粉、TiC粉进行球磨处理。在其中一个实施例中，所述球磨处理的球料比为10:1，球磨转速为400～600r/min，球磨时间为4～8h。在其中一个实施例中，所述在高温高压下合成合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的条件为：在压力3～4GPa、温度1250～1400℃下保温10～30min，即得Ti3AlMC2陶瓷材料。在其中一个实施例中，保温完成后，冷却10min，然后缓慢卸压，得到Ti3AlMC2陶瓷材料。上述高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料，由于高温高压合成过程中，TiH2脱出氢气，生成气孔，使材料产生大量空位缺陷。更重要的是，由于AlM活性合金的插层作用，使得到的Ti3AlMC2具有很高的活性，既能与酸反应，也能与碱反应，这极大地降低了陶瓷材料后续处理难度，并极大地提高了陶瓷材料的应用范围，使其具有很高的应用价值。附图说明图1为本专利技术实施例1得到的Ti3AlLiC2陶瓷材料的扫描电镜图；图2为本专利技术实施例2得到的Ti3AlNaC2陶瓷材料的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例3得到的Ti3AlKC2陶瓷材料的扫描电镜图；图4为本专利技术实施例1得到的Ti3AlLiC2陶瓷材料经过5wt.％氢氟酸处理，得到产物的扫描电镜图；图5为本专利技术实施例1得到的Ti3AlLiC2陶瓷材料经过10wt.％氢氧化钠处理，得到产物的扫描电镜图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。本专利技术的制备方法如下：(1)将高纯铝粒和锂粒/钠粒/钾粒中的任意一种按照1:1的摩尔比混合，然后用电弧熔炼炉在100～200A的电流下反复熔炼，得到AlM合金，研磨成粉后备用；(2)将高纯TiH2粉、AlM合金粉、TiC粉按1:(1～2):(1.5～2)的摩尔比称量配料，然后按球料比10:1在400～600r/min的转速下高能球磨4～8h；(3)将球磨后的混合物料在50MPa下预压成直径10mm、高15mm的圆柱体，用六面顶压机在3～4GPa、1250～1400℃条件下保温10～30min进行高压合成；(4)保温完成后，冷却10min，然后缓慢卸压，得到高纯度的高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：1、本专利技术的高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法工艺简单、耗时少，所得产品纯度高、杂质少；2、本专利技术的高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法由于AlM合金中的M金属熔点低、易挥发，起到活化、插层的作用，使得合成的材料具有很高的活性，使其既能与酸反应，也能与碱反应；3、本专利技术的高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法由于高温高压合成过程中，TiH2脱出氢气，生成气孔，使材料产生大量空位缺陷，性能好。实施例1称取高纯锂粒7g，铝粒27g，然后用电弧熔炼炉在氩气气氛下，用100A电流熔炼4次，冷却后得到AlLi合金，并研磨成粉；将高纯TiH2粉、AlLi合金粉、TiC粉按摩尔比TiH2:AlLi:TiC＝1:1:2进行称量，即TiH2粉5g，AlLi粉3.4g，TiC粉12g，然后按球料比10:1称取硬质合金球204g，将球磨罐中充入氩气，在400rpm转速下高能球磨4h；将球磨好的料在50MPa下预压成直径10mm、高15mm的圆柱体，用六面顶压机在3GPa、1250℃条件下保温10min进行高压合成；保温完成后，冷却10min，然后缓慢卸压，得到高纯度的高活性AlLi插层Ti3AlLiC2陶瓷材料。实施例2称取高纯钠粒23g，铝粒27g，然后用电弧熔炼炉在氩气气氛下，用150A电流熔炼4次，冷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法，其特征在于，以TiH2粉、AlM合金粉、TiC粉为原料，在高温高压条件下合成Ti3AlMC2陶瓷材料，所述AlM合金选自AlLi合金、AlNa合金、和AlK合金中的任意一种。

【技术特征摘要】
1.一种高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法，其特征在于，以TiH2粉、AlM合金粉、TiC粉为原料，在高温高压条件下合成Ti3AlMC2陶瓷材料，所述AlM合金选自AlLi合金、AlNa合金、和AlK合金中的任意一种。2.根据权利要求1所述的高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述TiH2、AlM合金、TiC的摩尔比为1:(1～2):(1.5～2)。3.根据权利要求1所述的高活性合金插层Ti3AlMC2陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述AlM合金的制备方法为：将铝粒和锂粒/钠粒/钾粒中的任意一种按照1:1的摩尔比混合，然后用电弧熔炼炉在100～200A的电流下反复熔炼...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭秋明，刘先玉，王金铭，王洋洋，赵雪，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13