燃烧合成结合热压烧结制备Ti2AlC陶瓷及其复合材料的方法，它涉及一种制备Ti2AlC陶瓷及其复合材料的方法。本发明专利技术为了解决目前还没有一种制备方法使Ti2AlC陶瓷及其复合材料能够应用于高铁刹车片等耐磨材料领域的问题。本发明专利技术的步骤为：步骤一、采用自蔓延高温合成技术制备高纯度Ti2AlC陶瓷粉体；步骤二、采用粉末冶金热压烧结工艺制备块体Ti2AlC陶瓷基复合材料。本发明专利技术属于粉末冶金技术领域。本发明专利技术属于粉末冶金技术领域。本发明专利技术属于粉末冶金技术领域。
【技术实现步骤摘要】
燃烧合成结合热压烧结制备Ti2AlC陶瓷及其复合材料的方法
[0001]本专利技术涉及一种制备Ti2AlC陶瓷及其复合材料的方法，属于粉末冶金
技术介绍
[0002]Mn+1AXn(M为过渡金属，A为主族元素，X为C或N，n＝1
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3，简称MAX相)相陶瓷是1967年被发现(Nowotny Von Hans.Strukturchemie einiger Verbindungen derbergangsmetalle mit den elementen C,Si,Ge,Sn[J].1971,5:27
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70.)，2000年才被首次命名为MAX相的三元陶瓷(Michel W.Barsoum.The M N+1AX N phases:A new class of solids[J].Progress in Solid State Chemistry,2000,28(1):201
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281.)，是一类具有金属和陶瓷双重特性的结构/功能一体化材料。正是由于其这种优越的特性，使得该类材料可作为耐磨材料、自润滑材料、抗高压密封材料、抗热震材料等使用，目前已经在已在储能、吸附、传感器、导电填充剂等领域展现出巨大的潜力，很快有望在航空、航天、电子工业和核工业等领域得到应用。Ti2AlC正是该类MAX相陶瓷中的一种，由于其具有优良的性能，因而在MAX相三元陶瓷中是研究较深入、人们认识较早的三元MAX相陶瓷之一。虽然研究颇多，但对于Ti2AlC陶瓷的研究还仅限于粉体方面，而且普通方法制备的Ti2AlC粉体纯度低，在高致密度Ti2AlC陶瓷及其复合材料制备及应用方面的研究目前还没有突破性进展，尚无应用于材料和器件使用。由于MAX相陶瓷具有类石墨层状结构，具有自润滑性，最近研究表明可以用于耐磨材料使用，尤其可以作为高铁受电弓滑板，高铁刹车片材料使用，其中研究较多的是Ti3SiC2陶瓷及其增强铜基复合材料，而Ti2AlC陶瓷增强铜基及Ti2AlC/MoS2耐磨材料作为高铁刹车片等使用尚无报道，况且Ti2AlC陶瓷具有比Ti3SiC2更优越的性能，因此研制新型Ti2AlC陶瓷及其复合材料，尤其作为高铁刹车片等耐磨材料使用具有重要意义。
技术实现思路
[0003]本专利技术为解决目前还没有一种制备方法使Ti2AlC陶瓷及其复合材料能够应用于高铁刹车片等耐磨材料领域的问题，进而提出燃烧合成结合热压烧结制备Ti2AlC陶瓷及其复合材料的方法。
[0004]本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：本专利技术所述燃烧合成结合热压烧结制备Ti2AlC陶瓷及其复合材料的方法是通过如下步骤实现的：
[0005]步骤一、采用自蔓延高温合成技术制备高纯度Ti2AlC陶瓷粉体；
[0006]步骤二、采用粉末冶金热压烧结工艺制备块体Ti2AlC陶瓷基复合材料。
[0007]进一步的，步骤一中采用自蔓延高温合成技术制备高纯度Ti2AlC陶瓷粉体的步骤为：
[0008]步骤A、将TiH2粉、铝粉、碳黑进行球磨混合，得到混合粉末；
[0009]步骤B、将混合好的粉末装入橡胶包套袋子中，将袋子中的粉末敦实，袋子敞口处进行密封；将装有粉末的橡胶包套袋子放入特定的真空负压罐中，设备抽真空负压，进行冷等静压压坯；
[0010]步骤C、等静压后的坯体放入燃烧合成反应装置中，通过引燃剂点火发生燃烧合成反应并制得具有一定密实度的Ti2AlC陶瓷；
[0011]步骤D、将燃烧合成得到的陶瓷进行粉碎机粉碎，再将该颗粒进行酸洗后洗净烘干，最后再进行气流磨研磨成细粉。
[0012]进一步的，步骤A中所述TiH2粉、铝粉、碳黑的摩尔比为(2～2.8)：(1.2～2.0)：1。
[0013]进一步的，步骤A中TiH2粉纯度为99.9％，粒度为40μm；铝粉纯度为99.99％，粒度为20μm；石墨粉纯度为99.99％，粒度为40μm。。
[0014]进一步的，步骤B中橡胶包套直径5cm，装粉高度15cm，装入的粉体进行敦实，对粉体包套进行真空等静压，压力达到
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50kPa，保压30min后解压脱模。
[0015]进一步的，步骤C中所述燃烧合成粉体，将等静压脱模后的坯体并排竖放到燃烧反应器内，采用坯体顶部并排多点点火方式进行。
[0016]进一步的，步骤D中所述的燃烧合成粉体进行粉碎机粗磨，粗磨粒径在1～5mm之间，然后在稀盐酸和稀硝酸混合液中浸泡5小时，酸洗后的粉体洗净烘干，用气流磨制得5
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40μm的Ti2AlC陶瓷粉体。
[0017]进一步的，步骤二中采用粉末冶金热压烧结工艺制备块体Ti2AlC陶瓷基复合材料的步骤为：
[0018]步骤a、混料：燃烧合成技术制备的Ti2AlC陶瓷粉体的粒径10～40μm，按照MoS2、Cu的含量为0～40wt％与Ti2AlC陶瓷粉体进行配比称料，料球重量比为1:5，将称取的粉末原料在球磨机上干混12～24小时，转速为100～300转/min，混合后的原料进行筛分，并放入真空烘箱中60℃烘干待用；
[0019]步骤b、成型：将混合好的原料放入Φ80mm的钢模模具中，在干粉自动成型液压机上施加3～5MPa压力预压成型；
[0020]步骤c、烧结：将成型后的原料坯体放入真空热压烧结炉中定制好的石墨模具中，采用两阶段热压烧结工艺和两段升温保温方法，压力为40～80MPa，保温保压时间为2.0～2.5h；随炉冷却至室温，获得综合性能优异的Ti2AlC陶瓷基复合材料。
[0021]进一步的，步骤b中成型后的坯体相对密度为55％，坯体高度50mm。
[0022]进一步的，步骤c中两段升温保温方法为：第一阶段为升温速率为5～15℃/min，温度为500～700℃，压力为40～80MPa，保温保压时间为1.0～2.0h；第二阶段为升温速率为10～25℃/min，温度为1000～1600℃。
[0023]本专利技术的有益效果是：通过XRD及扫描电镜得到了本专利技术所有的Ti2AlC陶瓷基复合材料的相组成及形貌特征，结果标明，所有制备的材料符合其本征特性要求；同时，对材料的力学性能进行了表征，为该类材料的使用提供了依据；本专利技术解决了高纯度Ti2AlC陶瓷粉体的低成本制备及其耐磨复合材料的制备与应用的问题；本专利技术工艺简便，Ti2AlC陶瓷呈明显的层状结构，陶瓷与Cu及MoS2界面结合良好，显微结构均匀，材料致密度高，具有优异的力学性能，作为摩擦材料使用具有广阔应用前景。
附图说明
[0024]图1是Ti2AlC陶瓷粉体的XRD示意图；
[0025]图2是Ti2AlC/MoS2复合材料的XRD示意图；
[0026]图3是Ti2AlC/MoS2/Cu复合材料的XRD示意图；
[0027]图4是Ti2AlC粉体的SEM扫描电镜照片；
[0028]图5是Ti2AlC/MoS2复合材料的能谱分析图。
具体实施方式
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.燃烧合成结合热压烧结制备Ti2AlC陶瓷及其复合材料的方法，其特征在于：所述燃烧合成结合热压烧结制备Ti2AlC陶瓷及其复合材料的方法是通过如下步骤实现的：步骤一、采用自蔓延高温合成技术制备高纯度Ti2AlC陶瓷粉体；步骤二、采用粉末冶金热压烧结工艺制备块体Ti2AlC陶瓷基复合材料。2.根据权利要求1所述的燃烧合成结合热压烧结制备Ti2AlC陶瓷及其复合材料的方法，其特征在于：步骤一中采用自蔓延高温合成技术制备高纯度Ti2AlC陶瓷粉体的步骤为：步骤A、将TiH2粉、铝粉、碳黑进行球磨混合，得到混合粉末；步骤B、将混合好的粉末装入橡胶包套袋子中，将袋子中的粉末敦实，袋子敞口处进行密封；将装有粉末的橡胶包套袋子放入特定的真空负压罐中，设备抽真空负压，进行冷等静压压坯；步骤C、等静压后的坯体放入燃烧合成反应装置中，通过引燃剂点火发生燃烧合成反应并制得具有一定密实度的Ti2AlC陶瓷；步骤D、将燃烧合成得到的陶瓷进行粉碎机粉碎，再将该颗粒进行酸洗后洗净烘干，最后再进行气流磨研磨成细粉。3.根据权利要求2所述的燃烧合成结合热压烧结制备Ti2AlC陶瓷及其复合材料的方法，其特征在于：步骤A中所述TiH2粉、铝粉、碳黑的摩尔比为(2～2.8)：(1.2～2.0)：1。4.根据权利要求2所述的燃烧合成结合热压烧结制备Ti2AlC陶瓷及其复合材料的方法，其特征在于：步骤A中TiH2粉纯度为99.9％，粒度为40μm；铝粉纯度为99.99％，粒度为20μm；石墨粉纯度为99.99％，粒度为40μm。5.根据权利要求2所述的燃烧合成结合热压烧结制备Ti2AlC陶瓷及其复合材料的方法，其特征在于：步骤B中橡胶包套直径5cm，装粉高度15cm，装入的粉体进行敦实，对粉体包套进行真空等静压，压力达到
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50kPa，保压30min后解压脱模。6.根据权利要求2所述的燃烧合成结合热压烧结制备Ti2AlC陶瓷及其复合材料的方法，其特征在于：步骤C中所述燃烧合成粉体...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱春城，姜久兴，朱斯宇，
申请(专利权)人：哈尔滨新干线轨道交通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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