[发明专利]一种六方层状结构Ti3SiC2粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种特定结构的碳硅化钛的制备方法，更具体地，是一种六方层状结构Ti₃SiC₂粉体的制备方法。

背景技术

碳硅化钛(Ti₃SiC₂，Titanium silicon carbide)是一种综合陶瓷材料，既具有耐高温、抗氧化、高强度的特点，又具有金属材料的导电、导热、可加工性、塑性等特性。20世纪70年代，由于纤维、晶须等增强剂的迅速发展和航空高推重比发动机的要求，陶瓷基复合材料成为研究热点，采用纤维、晶须增强可使材料的韧性得到改善，但是由于制备成本高和可靠性差的原因，陶瓷基复合材料的应用受到限制。因此，材料科学家Jeitschko W.等人开始探索兼有金属和陶瓷性质的高温材料，终于在Ti-Si-C系统中找到一种钛碳化硅(Ti₃SiC₂)，这方面报道参见《Monatash Chem》1967年第98期329-333页。Ti₃SiC₂既有金属的特性，在常温下有很好的导热性能以及导电性能，相对较低的维氏硬度和较高的弹性模量，在常温下有延展性，可以像金属一样进行加工，在高温下还具有塑性，同时，它又具有陶瓷材料的性能，即高屈服强度、高熔点、高热稳定性和良好的抗氧化性能，在高温下能保持高强度，这方面报道参见《材料研究学报》2005年第19期457-463页。更有意义的是它还具有比传统的固体润滑剂石墨、二硫化钼更低的摩擦系数和良好的自润滑性能。但是，上述研究的工艺均十分复杂，并且生产周期长、能耗大，同时对环境有一定程度的污染，因此在应用上受到很大的限制，无法将碳硅化钛材料的众多天然优势充分为人类所利用。

发明内容

本发明目的在于提供一种六方层状结构Ti₃SiC₂粉体的制备方法，具有工艺简单、参数易控制、生产周期短、能耗少、环境友好的特点。

本发明是通过如下技术手段实现的：针对酒精不会和钛粉、硅粉以及石墨粉发生反应且易挥发、表面张力小、廉价的特点，用作钛粉、硅粉和石墨粉混合球磨的液体介质，提供一种制备六方层状结构Ti₃SiC₂粉体的方法，具有工艺简单易于控制、生产周期短、能耗少、成本低的特点。

本发明的制备六方层状结构Ti₃SiC₂粉体的方法，包括以下步骤：

(1)配制原料混合物：取分析纯规格的300目的钛粉、200目的硅粉和粒径＜20μm的石墨粉，三者按照3∶(1～1.2)∶2的摩尔比混合均匀后，得到原料混合物；

(2)球磨：将上述原料混合物置于球磨机中，加入10ml酒精，在氩气保护下以200转/分的转速球磨12小时后，送入振动干燥器；

所属酒精作为液体介质，其选择十分关键，必须满足以下三个条件：一、于钛粉、硅粉以及石墨粉不发生化学反应，即可保证不向原料中引入杂质；二、具有较低的沸点，在较低温度下即可通过会发除去，从而避免高温会使合金粉末发生氧化以及金属粉末之间发生化学反应的情况；三、表面张力小，能够防止粉末聚集成团。此外，所属液体介质最好好具有价格低廉的特点，从而有利于降低生产成本。酒精兼具以上条件，并可循环使用，因此，是本发明中液体介质的理想选择，但替他满足上述条件的物质亦可替换酒精作为本发明的液体介质。

(3)除溶剂：以5℃/分的升温速度将振动干燥器升温至50℃，振动干燥60分钟至酒精彻底挥发后，自然冷却至室温，过300目筛，得到球磨粉体；

(4)烧结：将上述球磨粉体放入真空烧结炉中，抽真空至5.0×10^-3Pa，以15℃/分的速度升温到200℃，保温0.5小时，然后以10℃/分的速度升温至1400-1500℃，保温1小时后，随炉冷却至室温，即可得到六方层状结构的Ti₃SiC₂粉体。

利用本发明制备六方层状结构Ti₃SiC₂粉体，采用机械合金化法以及真空烧结法结合，工艺简单、参数以控制、生产周期短、能源消耗少、对环境无污染，适于工业化生产；所得Ti₃SiC₂粉体的颗粒直径在1～10μm之间，具有密度小、强度大、耐高温、抗氧化和导电导热性能好等优良特性，在工程技术、航天技术、国防工业及微电子等领域具有广泛的应用前景和巨大的潜在经济效益。