CN101265104A - 一种碳化铝铬陶瓷粉体的常压合成方法 - Google Patents
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Abstract
一种碳化铝铬陶瓷粉体的常压合成方法,以Cr粉、Al粉和C粉为原料,按Cr∶Al∶C=2∶(1~1.3)∶1的摩尔比配料,干混10小时后,在30~50MPa压力下压制成块,将压块置于高温炉中,氩气气氛下,以15~50℃/min的升温速率将炉温升至1350~1500℃,保温时间为5~30min,制得高纯度低成本Cr2AlC粉体。该方法具有:合成Cr2AlC粉体温度范围宽,时间短,纯度高,成本低,所用设备简单,工艺参数稳定,适用于规模化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷材料制备方法,特别是低成本高纯度碳化铝铬Cr2AlC陶瓷粉体的常压合成方法。
背景技术
由同属六方晶系的三元碳化物和氮化物构成的新型Mn+1AXn(其中n=1,2,3;M是过渡金属,A主要是III和IVA主族元素,X是C或N)材料,表现出高电导率、高热导率、抗氧化、耐热冲击、耐腐蚀、自润滑、易加工等优良性能。
在Mn+1AXn家族中,Cr2AlC具有更好的高温抗氧化和热腐蚀性能,主要是因为Cr2AlC在高温氧化和腐蚀过程中,容易形成Al2O3和Cr2O3致密的保护膜。因此,Cr2AlC作为高温抗氧化和耐腐蚀的陶瓷构件及保护涂层在航空航天、核工程、交通运输、石油化工和冶金等领域有广阔的应用前景。它是航空发动机燃烧室、核电机组的重要部件-蒸汽发生器传热管、强酸碱溶液的容器和导管、耐高温腐蚀承力部件及涂层的优选材料。
Cr2AlC化合物是1963年首次由Jeitschko等人(W.Jeitschko,H.Nowotny,andF.Benesovsky.Monatsch.Chem.1963;94:672)合成,并确定它是Cr-Al-C系统中唯一存在的三元碳化物。随着Cr2AlC致密块体材料的合成,其优良性能被逐渐揭示,Cr2AlC材料的研究才开始得到推动和发展。目前,合成Cr2AlC块体材料大多数采用热压和热等静压烧结方法(B.Manoun,et al.Physical Review B.2006,73:24110;Z.J Lin,et al.J.Am.Ceram.Soc.2007;90[12]:3930;田无边,等.无机材料学报,2007;22(1):189)。而在合成高纯度Cr2AlC粉体方面,还鲜有报道。中国发明专利(申请号200610028833.4)公开报道了一种用熔盐法制备Cr2AlC粉体的方法,但合成的粉体中含有Cr7C3和Cr2Al杂质相,而且反应过程所用的盐若后期处理不当易对环境造成污染。
要开发Cr2AlC在工程领域的应用,需要大量高纯度、低成本Cr2AlC粉末为原料进行二次烧结制备各种器件或涂层。用高纯度、低成本Cr2AlC粉体来制备器件或涂层,不仅可降低产品成本,而且能保证产品具有良好性能。因为Cr2AlC粉料中若存在碳化铬等杂质相,对构件的电导率、抗氧化和可加工等性能均产生不利影响。
因此,高纯度、低成本Cr2AlC粉体及其合成方法对于Cr2AlC材料的实际应用具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳化铝铬陶瓷粉体的常压合成方法,利用Cr粉,Al粉和C粉,按照Cr∶Al∶C=2∶(1~1.3)∶1摩尔比配料合成Cr2AlC粉体。配方中所用原料粉价格低廉,合成过程中温度范围宽、时间短,合成Cr2AlC粉体纯度高、成本低,采用的常压技术有利于规模化生产。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的:
一种碳化铝铬陶瓷粉体的常压合成方法:
(1)以Cr粉、Al粉和C粉为原料,按Cr∶Al∶C=2∶(1~1.3)∶1的摩尔比配料;
(2)将上述配料和玛瑙球放入球磨罐中,在球磨机上干混10小时;
(3)将上述混合均匀的配料在30~50MPa压力下压制成块;
(4)将上述压块置于高温炉中,氩气气氛下,以15~50℃/min的升温速率将炉温升至1350~1500℃,保温时间为5~30min,制得Cr2AlC粉体。
本发明的有益效果是:
第一,本发明按照Cr∶Al∶C=2∶(1~1.3)∶1的摩尔比配料合成Cr2AlC,由于采用常压合成,原料粉价格较便宜,因此合成Cr2AlC粉体的成本较低。
第二,本发明的工艺流程简单,在常规的高温炉中,氩气气氛下,较宽温度范围、短时间内可合成高纯度Cr2AlC粉体,工艺参数稳定易于控制,宜于规模化生产。
附图说明
图1是本发明常压合成法合成的Cr2AlC粉体的X-射线衍射(XRD)图谱。
具体实施方式
实施例1:
1)按Cr∶Al∶C=2∶1∶1的摩尔比配料,称取Cr粉36.37克、Al粉9.43克、C粉4.2克;
2)将上述配料放入球磨罐中置于球磨机上混料10小时;
3)将混合均匀的配料置于压块模具中在30MPa的压力下压制成块体;
4)将上述压块放入高温炉中,氩气气氛下,以15℃/min的升温速率将炉温升至1350℃,保温时间为30min。即制得Cr2AlC粉,粉体的XRD图谱如图1所示。由图谱可见,产物纯度高,只有Cr2AlC相的衍射峰。
实施例2:
1)按Cr∶Al∶C=2∶1∶1的摩尔比配料,称取Cr粉36.37克、Al粉9.43克、C粉4.2克;
2)将上述配料放入球磨罐中置于球磨机上混料10小时;
3)将混合均匀的配料置于压块模具中在40MPa的压力下压制成块体;
4)将上述压块放入高温炉中,氩气气氛下,以20℃/min的升温速率将炉温升至1450℃,保温时间为20min。即制得Cr2AlC粉,其XRD结果与实施例1相同。
实施例3:
1)按Cr∶Al∶C=2∶1∶1的摩尔比配料,称取Cr粉36.37克、Al粉9.43克、C粉4.2克;
2)将上述配料放入球磨罐中置于球磨机上混料10小时;
3)将混合均匀的配料置于压块模具中在50MPa的压力下压制成块体;
4)将上述压块放入高温炉中,氩气气氛下,以30℃/min的升温速率将炉温升至1500℃,保温时间为5min。即制得Cr2AlC粉,其XRD结果与实施例1相同。
实施例4:
1)按Cr∶Al∶C=2∶1.2∶1的摩尔比配料,称取Cr粉35.04克、Al粉10.91克、C粉4.05克;
2)将上述配料放入球磨罐中置于球磨机上混料10小时;
3)将混合均匀的配料置于压块模具中在40MPa的压力下压制成块体;
4)将上述压块放入高温炉中,氩气气氛下,以40℃/min的升温速率将炉温升至1400℃,保温时间为10min。即制得Cr2AlC粉,其XRD结果与实施例1相同。
实施例5:
1)按Cr∶Al∶C=2∶1.3∶1的摩尔比配料,称取Cr粉34.41克、Al粉11.61克、C粉3.98克;
2)将上述配料放入球磨罐中置于球磨机上混料10小时;
3)将混合均匀的配料置于压块模具中在50MPa的压力下压制成块体;4)将上述压块放入高温炉中,氩气气氛下,以30℃/min的升温速率将炉温升至1400℃,保温时间为10min。即制得Cr2AlC粉,其XRD结果与实施例1相同。
Claims (1)
1.一种碳化铝铬陶瓷粉体的常压合成方法,其特征在于,含有以下步骤:
(1)以Cr粉、Al粉和C粉为原料,按Cr∶Al∶C=2∶(1~1.3)∶1的摩尔比配料;
(2)将上述配料和玛瑙球放入球磨罐中,在球磨机上干混10小时;
(3)将上述混合均匀的配料在30~50MPa压力下压制成块;
(4)将上述压块置于高温炉中,在氩气气氛下,以15~50℃/min的升温速率将炉温升至1350~1500℃,保温时间为5~30min,制得Cr2AlC粉体。
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