一种钛铝碳三元层状可加工陶瓷材料的制备方法技术

一种钛铝碳三元层状可加工陶瓷材料的制备方法，首先将钛粉、铝粉和活性碳制成混合物；在混合物中加入硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，得到复合粉体；将球磨得到的复合粉体真空干燥后装入石墨磨具中，在氩气或真空条件热压烧结即可。本发明专利技术利用Ｔｉ粉、Ａｌ粉、Ｃ粉以及少量添加剂经高能球磨后，原位反应生成ＴｉＣ及Ｔｉ－Ａｌ等中间物相。这种复合粉体经热压烧结后合成晶相为单一Ｔｉ↓［３］ＡｌＣ↓［２］、Ｔｉ↓［２］ＡｌＣ的可加工陶瓷材料，也可合成两相Ｔｉ↓［３］ＡｌＣ↓［２］－Ｔｉ↓［２］ＡｌＣ复合材料，由于制备工艺简单，所合成的材料结构均匀致密，成分可在较大范围内调整，烧成温度低、压力小，成本较低。

Preparation method of titanium aluminium carbon three element layered machinable ceramic material

A method for preparing titanium aluminum carbon three layered machinable ceramic material, the titanium powder, aluminum powder and activated carbon mixture; stearic acid sodium dispersing agent in the mixture, by dry milling, composite powder; composite powder obtained by drying vacuum ball milling after loading into graphite abrasive. In argon or vacuum hot pressing sintering can be. The present invention utilizes Ti powder, Al powder, C powder and a small amount of additive to produce TiC, Ti - Al and other intermediate phases by in-situ reaction with high energy ball milling. This kind of composite powders by hot pressing sintering after synthesis of crystal phase is single Ti: 3 AlC: 2, Ti: 2 AlC machinable ceramic materials, it can synthesize Ti: 3 AlC phase: 2 Ti: 2 AlC composite materials, the preparation of simple structure, material synthesis of uniform and compact components can be adjusted in a large range, low sintering temperature, low pressure, low cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属陶瓷材料制造领域，具体涉及一种钵铝碳三元层状可加工陶 瓷材料的制备方法。
技术介绍
'钛铝碳纳米层状三元化合物中，TiaAlC2和Ti2AlC是其中研究最多也是 最有希望实用化的两种新型可加工陶瓷材料。这类材料兼具金属材料和陶 瓷材料的优点于一身，如具有金属材料良好的导电、导热性能，有相对较 低的硬度，在高温下具有塑性，能用高速刀具或线切割进行加工的可加工 性，也具有陶瓷的高弹性模量、低密度、高热稳定性和良好的抗氧化性等 综合性能，在高温结构部件、化学防腐材料、电极材料及可加工材料等领 域有广阔的应用前景。'目前，该类材料的主要制备方法为原位热压烧结和热等静压烧结。这 两种方法都是利用Ti-A1-C或者TiC- Ti- Al为原料，通过热压烧结制备 钛铝碳块体材料。其反应合成温度高(140(TC以上)，热压压力大(35MPa 左右)，纯度很难控制，杂质相较多，包括反应物残留物及中间生成物(TiC、 Ti-Al金属间化合物等)，也有Ti3AlC和Ti3AlC2物相共存，影响了该材料 的性能。因此，如何采取有效的途径，合成高纯单一物相材料，是未来该 材料的发展方向。'
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提i^一种制备工艺简单，热压温度低，压力小、制造成本低，且能够制备单一物相结构的Ti3AlC或 Ti3AlC2材料，也可以制备双相结构材料TiaAlC和TiaAlG的钛铝碳三元层 状可加工陶瓷材料的制备方法，该方法制备的材料具有晶粒细小、致密， 综合力学性能好。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是1)首先按质量百分比 将65. 78-71. 11%的钛粉、20. 00-32. 00%的铝粉和2. 22-8. 89%的活性碳混 合制成混合物；在混合物中加入混合物质量0. 2—0. 5%的硬脂酸钠分散剂， 采用于法球磨，球磨机的转速为800-1000转每分钟，料、球质量比为l: 10，球磨10-12小时得到复合粉体；将球磨得到的复合粉体在70-8(TC下 真空干燥4-5小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气或真空条件 下以1200°C-1300°C， 5-15MPa的压力热压烧结0. 5 — 1小时即可。本专利技术利用Ti粉、Al.粉、C粉以及少量添加剂经高能球磨后，原位 反应生成TiC及Ti-Al等中间物相。这种复合粉体经热压烧结后合成晶相 为单一 TiaAlC2、 Ti2AlC的可加工陶瓷材料，也可,成两相TisAlCrTi2AlC 复合材料，由于制备工艺简单，所合成的材料结构均匀致密，成分可在较 大范围内调整，烧成温度低、压力小，成本较低。 ' 附图说明图1为Ti粉、Al粉、C粉的高能球磨过程的XRD分析结果，横坐标 为衍射角，纵坐标为衍射峰强度；由图1可看出主晶相为TiC 、 TiAL及 少量的未反应钛、铝。图2为130(TC烧结试样的XRD分析结果，横坐标为衍射角，纵坐标为 衍射峰强度，由图2可以看出，该材料为单一晶相TiaAlG;图3为130(TC烧结试样的XRD分析结果，横坐标为衍射角，纵坐标为 衍射峰强度；由图3可以看出，该材料为单一晶相Ti^lC;图4为130(TC烧结试样的XRD分析结果，横坐标为衍射角，纵坐标为 衍射峰强度；由图4可以看出，该材料为两相Ti2AlC-Ti2AlC;图5为130(rC合成TiaAlC2的SEM分析结果，由图5可以看出，该材料结构致密、均匀，具有微晶层片结构；■图6为130(TC合成Ti2AlC的SEM分析结果，由图6可以看出，该材 料结构致密、均匀。具体实施方式 下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1，首先按质量百分比将68%的钛粉、28%的铝粉和4%的活性碳 混合制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.4%的硬脂酸钠分散剂，采 用干法球磨，球磨机的转速为850转每分钟，料、球质量比为l: 10，球 磨10小时得到复合粉体；将球磨得到的复合粉体在7(TC下真空干燥4小 时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气或真空条件下以130(TC， 12MPa的压力热压烧结0. 5.小时即可。实施例2，首先按质量百分比将71.11%的钛粉、20%的铝粉和8.89% 的活性碳混合制成混合物；在混合物中加入混合物,质量0. 2%的硬脂酸钠分 散剂t采用干法球磨，球磨机的转速为IOOO转每分钟，料、球质量比为1: 10，球磨11小时得到复合粉体；将球磨得到的复合粉体在77"C下真空干 燥'4.2小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气或真空条件下以 1200°C ， 8MPa的压力热压烧结0. 8小时即可。实施例3，首先按质量百分比将65.78%的钛粉、32%的铝粉和2.22%的活性碳混合制成混合物；在混合物中加入混合物质量0. 5%的硬脂酸钠分 散剂，采用干法球磨，球磨机的转速为800转每分钟，料、球质量比为l: 10'，球磨12小时得到复合粉体；将球磨得到的复合粉体在73"C下真空干 燥4、 4.2、 4.6、 5小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气或真 空条件下以1250°C， 5MPa的压力热压烧结0. 6小时即可。实施例4，首先按质量百分比将70%的钛粉、25%的铝粉和5%的活性碳 混合制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.3%的硬脂酸钠分散剂，采 用干法球磨，球磨机的转速为900转每分钟，料、球质量比为l: 10，球 磨10小时得到复合粉体；将球磨得到的复合粉体在8(TC下真空干燥5小 吋；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气或真空条件下以127(TC， 15MPa的压力热压烧结1小时即可。权利要求1、，其特征在于1)首先按质量百分比将65.78-71.11％的钛粉、20.00-32.00％的铝粉和2.22-8.89％的活性碳混合制成混合物；2)在混合物中加入混合物质量0.2-0.5％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，球磨机的转速为800-1000转每分钟，料、球质量比为1∶10，球磨10-12小时得到复合粉体；3)将球磨得到的复合粉体在70-80℃下真空干燥4-5小时；4)将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气或真空条件下以1200℃-1300℃，5-15MPa的压力热压烧结0.5-1小时即可。2、 根据权利要求1所述的钛铝碳三元层状可加工陶瓷材料的制备方 法，其特征在于首先按质量百分比将68%的钛粉、28%的铝粉和4%的活 性碳混合制成混合物；在混合物中加入混合物质量0. 4%的硬脂酸钠分散 齐廿，采用干法球磨，球磨机的转速为850转每分钟，料、球质量比为l: 10，球磨10小时得到复合粉体；将球磨得到的复合粉体在7(TC下真空干 燥4小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气或真空条件下以1300 °C， 12MPa的压力热压烧结0.5小时即可。3、 根据权利要求1所述的钛铝碳三元层状可加工陶瓷材料的制备方 法，其特征在于首先按质量百分比将71.11%的钛粉、20%的铝粉和8.89% 的活性碳混合制成混合物；在混合物中加入混合物质量0. 2%的硬脂酸钠分 散剂，采用干法球磨，球磨机的转速为IOOO转每分钟，料、球质量比为1: 10)球磨11小时得到复合粉体；将球磨得到的复合粉体在77'C下真空干本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛铝碳三元层状可加工陶瓷材料的制备方法，其特征在于：１）首先按质量百分比将６５．７８－７１．１１％的钛粉、２０．００－３２．００％的铝粉和２．２２－８．８９％的活性碳混合制成混合物；２）在混合物中加入混合物质量０．２－０ ．５％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，球磨机的转速为８００－１０００转每分钟，料、球质量比为１∶１０，球磨１０－１２小时得到复合粉体；３）将球磨得到的复合粉体在７０－８０℃下真空干燥４－５小时；４）将干燥后的粉体装入石墨磨具 中，在氩气或真空条件下以１２００℃－１３００℃，５－１５ＭＰａ的压力热压烧结０．５－１小时即可。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建锋，王芬，杨海波，林营，张芳，刘波波，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]