CN102153347B - 一种快速合成Ti3SiC2亚微米粉体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种快速合成Ti₃SiC₂亚微米粉体的方法，它包括如下步骤：1)以Ti粉、SiC粉和TiC粉为原料，Al粉为合成促进剂，按Ti：SiC：TiC：Al=(4~4.05)：(2~2.1)：(1~1.15)：(0.2~0.25)的摩尔比配料；2)将上述配料干磨，然后湿磨；3)将球磨球过筛清洗后得到混合悬浊溶液，混合悬浊溶液过滤去除滤液后，真空干燥，得到预处理好的混合粉末；4)将上述混合粉末压制成型制成块体；5)将上述块体置于真空炉中，以15~20℃/分钟的升温速率将炉温升到1330~1340℃，在真空度1×10^-3~1×10^-2Pa条件下处理，保温时间3~4分钟，制备出Ti₃SiC₂粉体；6)将制备的Ti₃SiC₂粉体干磨，将球磨球过筛得到亚微米Ti₃SiC₂粉体。本方法工艺简单、容易控制和规模化生产，生产成本低，且制得的Ti₃SiC₂粉体纯度较高。

Description

一种快速合成Ti3SiC2亚微米粉体的方法

技术领域

本发明涉及一种亚微米Ti₃SiC₂粉体的快速合成制备方法。

背景技术

最近，材料科学家们在不断地研究新型的高性能陶瓷材料，使之既具有陶瓷材料耐高温、抗氧化、高强度的特点，又具有金属材料良好的导电性、导热性、塑性和可加工性的特点。金属陶瓷复合材料尽管在一定的程度上解决了陶瓷的许多缺陷，但是在金属与陶瓷的中间结合的抗氧化性和耐高温性能差，容易脆裂。1980年以来，由于纤维、晶须、碳纳米管等增强剂的迅速发展和航空高推重比发动机的需求，陶瓷基复合材料成为了研究的热点。尽管采用纤维、晶须、碳纳米管等增强使其脆性得到了改善，但是制备成本昂贵、可靠性差、不容易大规模生产，使这种陶瓷基复合材料难以得到广泛应用。

1960年，Vienna的Hans Nowotny的课题组发现了100多种新的碳化物和氮化物，它们之中有30多种“H相化合物”。这些“H相化合物”中有一种名为MAX新型三元化合物的金属陶瓷，其中M是过渡金属，A大部分是第三和第四主族元素，X是C或N。这类化合物既具有金属的高热导、高电导性能、易加工性；又具有陶瓷的质硬、轻质、抗氧化、抗热震性、抗磨损性能。MAX相化合物是一种新型固体，在纳米级别上表现为真正的层状；它们在高温条件下是热动力学稳定的(甚至达到2300℃)；金属化学键、层离倾向和位错移动赋予它们独一无二的耐损伤性，这种耐损伤性能在蠕变、抗疲劳、拉伸和压缩试验中表现很明显。在热、电、塑性、耐化学腐蚀性方面它们享有许多原料组成中二元金属碳化物和氮化物拥有的优良特性。如：质硬、导电、导热、容易加工、相对较软、抗热震、不同寻常的耐损伤性能；它们是唯一通过扭结、剪切带的形成以及颗粒分层来变形的多晶固体化合物。MAX类化合物独特的性能加强了其作为高温结构材料的应用，保护性薄膜，传导器，低摩擦表面，电子接触器件，微电子系统的协调阻尼膜和其他应用。

Ti₃SiC₂是MAX家族中具有代表性的新型三元层状化合物。Ti₃SiC₂既像金属一样是一种优良的导电、导热体，容易加工，相对较软、耐热震、高温表现为塑性；又像陶瓷一样抗氧化、能够重复加工，最重要的是它能在高温下保持一些超合金不能保证的强度。其理论密度较低(4.52g/cm^-3)，高熔点(约3000℃)，高温稳定性达到1700℃(氩气气氛或真空条件下)。在室温条件下，它的电导和热导系数分别为：4.5×10⁶Ω^-1m^-1和37W/mK；硬度为4GPa(HV)，杨氏模量约为325GPa，断裂韧性约为7MPa·m^1/2，热膨胀系数为9.2×10^-6℃^-1。在1200℃时发生脆到塑性的转变，能够吸收外界能量。在1300℃时，其弯曲和压缩屈服点分别为100和500MPa。在900～1400℃、活性能量为370±20kJ/mol的条件下，它在空气中的氧化行为呈抛物线。室温下连续变形后，其定向微结构(特别它的多孔状态)表现出延展行为。Ti₃SiC₂结合了许多金属和陶瓷的很多优良的性能，决定了其在机电、仪表、冶金、化工、汽车、船舶、石化、航天、国防等领域具有广泛的应用。抗氧化、抗热震、高屈服点、相对密度低，以及优良的综合机械性能符合轴承、涡轮叶片和锭子的使用环境，是高温发动机理想的候选材料；容易加工，使其可进行打孔、切削等机械加工，因而可用于制备复杂的结构材料，代替一般的可加工性陶瓷；抗热冲击、高温导电、导热性能的组合使其可运用于一般合金熔化的优选材料，特别是Al的熔化；良好的导电、导热性能，及高强度、耐氧化、低摩擦系数和极佳的自润滑性能，因此完全可以代替石墨作为新一代电刷和电极材料；而且，Ti₃SiC₂也是一种极好的高温固体耐磨损/自润滑材料。因此，Ti₃SiC₂极有可以代替传统的陶瓷基金属复合材料，成为新一代高性能陶瓷材料。

由于Ti₃SiC₂在各个方面应用很广，所以简单、批量地生产高纯、晶粒尺寸小的Ti₃SiC₂粉料来制备各种结构部件变得非常重要。近十几年来，国内外学者对Ti₃SiC₂及其复合材料的合成、组织、结构和性能等方面进行了大量系统的研究。目前大部分研究者用Ti粉、Si粉、C粉或者Ti粉、TiC粉、Si粉为原料来合成Ti₃SiC₂。现在Ti₃SiC₂主要以块体和粉末两种形式形成。Ti₃SiC₂块体合成方法主要有：热压烧结(HP)、放电等离子烧结(SPS)或者脉冲放电等离子烧结(PDS)、热等静压法(HIP)；Ti₃SiC₂粉末合成的方法主要有：热压烧结(HP)、高温自蔓延反应(SHS)、高能球磨法(MA)、气氛烧结和真空烧结法(Vacuum sintering)。目前Ti₃SiC₂合成及其制备相关功能性结构性部件时会存在一些问题：

(1)常用的合成原料中，如Ti/Si/C、Ti/TiC/Si，反应过程中Ti与C或者Si的直接反应会导致热量突然集中的现象，加上烧结温度太高会使得部分Si粉来不及反应而蒸发损失，这会导致原料摩尔计量比发生变化，不利于Ti₃SiC₂高纯相的合成，通常会有TiC、SiC与Ti₅Si₃等杂质相的存在；而且Si粉的蒸发也可能导致烧结炉部件的损坏，导致合成成本增加。

(2)原料中Ti粉和TiC粉价格相对较高，原料成本在一定程度上会影响Ti₃SiC₂高纯粉末的大规模生产。

(3)Ti₃SiC₂块体和粉末的合成方法都存在一定的缺陷。HP、HIP、SPS等快速烧结的办法尽管能在低温条件下合成致密度很高的纯Ti₃SiC₂块体及其复合材料，但是其设备成本往往很高，不易大规模生产；而且这些烧结方法(特别是SPS和PDS)也难以制备大尺寸、形状复杂的结构部件。SHS可以在短时间内合成Ti₃SiC₂粉，但是其合成温度大部分是靠原料本身的过量来提供燃烧能量，这肯定会增加合成成本；而且其反应过程很不好控制，工艺参数也难以准确定位。MA可以通过很简单的步骤来合成Ti₃SiC₂粉末，但是其要求的工艺条件太过苛刻(球磨转速达500～600转/分钟)，对设备本身的要求太高，也会间接增加成本；气氛烧结合成Ti₃SiC₂往往合成温度高、杂质多，不利于规模化生产Ti₃SiC₂粉末。

为了降低合成温度减少Si的挥发，促进合成过程中粉末更好地分散反应，通常在原料中加一些烧结助剂，如Al、CaF₂和NaF等。文献[1]([1]Y.Zou，Z.M.Sun，S.J.Tada，et al.J.AlloysCompd.，2008，461(1-2)：579-584.)中报道利用Ti、TiC和Si粉作为原料，Al作为合成促进剂，在真空炉中合成，温度范围是700～1500℃，升温速率为15℃/min，研究结果表明：Al的存在不仅能够降低合成温度，同时能够加快Ti₃SiC₂的形成，但是有TiC、Ti₅Si₃等杂质；文献[2]([2]Z.M.Sun，S.L.Yang，H.Hashimoto.J.Alloys Compd.，2007，439(1-2)：321-325.)报道以Ti、SiC和C粉作为反应原料，Al作为合成添加剂，摩尔计量比为3Ti/SiC/C/0.2Al(0.15Al)，通过PDS烧结法，温度范围1200～1350℃，保温15分钟，压力50MPa，实验结果表明：Al在烧结过程中对Ti₃SiC₂合成效率具有十分有益的影响，能够在1200℃、保温15min后得到单相大块的Ti₃SiC₂材料；而且Al的存在能够很显然地降低合成温度，但是会有少量TiC的存在，而且这种烧结工艺只适合于一定尺寸的Ti₃SiC₂材料，不适用于制造形状复杂、用量很大的结构部件。Al的存在很大程度上降低了反应的合成温度，同时促进Ti₃SiC₂的快速形成，但是这些合成例子中总会出现TiC等杂质，影响材料的性能。

文献[3]([3]H.Li，D.Chen，J.Zhou，et al.Mater.Lett.，2004，58(11)：1741-1744.)报道，作者用Ti、Si与C粉为原料，计量比为3∶1∶2，无压条件下在1340～1750℃温度范围内保温3h，得到80Vol.％的Ti₃SiC₂。文献[1，4-9]([4].Z.M.Sun，S.L.Yang，H.Hashimoto.Ceram.Int.，2004，30(7)：1873-1877.[5]Z.M.Sun，S.L.Yang，H.Hashimoto，et al.Mater.Trans.，2004，45(2)：373-375.[6]S.L.Yang，Z.M.Sun，H.Hashimoto，et al.J.Eur.Ceram.Soc.，2003，23(16)：3147-3152.[7]S.L.Yang，Z.M.Sun，H.Hashimoto.J.Alloys Compd.，2004，368(1-2)：312-317.[8]S.L.Yang，Z.M.Sun，H.Hashimoto.J.Alloys Compd.，2004，368(1-2)：318-325.[9]Y Zou，Z.M.Sun，S.J.Tada，etal.Ceram.Int.，2008，34(1)：119-123.)中报道，原料摩尔计量比为1.0Ti/1.10Si/2TiC、1.0Ti/1.15Si/2TiC、1.0Ti/1.2Si/2TiC和2.0Ti/2.0Si/3.0TiC等，用真空烧结的办法，在1200～1500℃温度范围内合成较纯的Ti₃SiC₂粉末。所以，目前研究者合成Ti₃SiC₂的原料大部分是Ti、Si与C或者Ti、Si与TiC，尽管许多学者利用Al等作为烧结促进剂降低合成温度，促进Ti₃SiC₂的快速形成。但是3Ti/Si/2C配方中原料Ti原料价格高，不利于降低生产成本；同时Si的蒸发损失容易导致TiC等杂质的形成。2Ti/Si/TiC配方可以很好地用价格较低的TiC来代替部分Ti金属原料，有利于降低成本，但是原料中Si的存在一方面导致TiC等杂质的引入，另一方面低熔点的Si很容易在低温下挥发到烧结设备的烧结原件(如发热体)，从而腐蚀设备，使得设备老化加快。

综上所述，SPS、PDS、HIP三种烧结方法主要用来合成Ti₃SiC₂块体，它们尽管能快速形成高度致密的块体，但是制造成本昂贵，且很难制备尺寸大，形状复杂的结构部件，不适合工业化；HP也能制备Ti₃SiC₂粉体，但是合成的Ti₃SiC₂基本上以块体存在，不容易粉碎成粉末；SHS和MA法可以直接制备粉末细、纯度较高的样品，但是SHS的工艺参数不稳定；MA法的设备要求极高的转速，对设备磨损过快，这两种方法也不容易工业化生产。真空烧结法作为一种常压烧结法，可以结合冷等静压技术(CIP)或者大压力(300～500MPa)来制备尺寸大，形状复杂的结构部件；同时真空烧结也可以在较低的温度下直接合成纯度高、晶粒尺寸小的粉体，为大量使用Ti₃SiC₂粉体制造各种功能部件做准备。

中国发明专利([10]李世波，向卫华，陈新华，翟洪祥等。申请号：200710118230.8，申请日：2007年7月3日。)公开报道，用TiH₂、Si和TiC粉为原料、Al为反应助剂，在30～50MPa压力下压成块后，置于真空炉中在1350～1550℃、保温10～15分钟合成了纯度较高的Ti₃SiC₂粉体。中国发明专利([11]李世波，向卫华，陈新华等。申请号：200710118878.5，申请日：2007年6月13日。)公开报道，以Ti、Si和TiC粉为原料，Al为反应助剂，在30～50MPa压力下压成块后，置于真空炉中在1450～1550℃、保温5～15分钟合成了TiC很少的Ti₃SiC₂粉体。利用价格较低的TiC或者TiH₂粉代替部分Ti粉可以大大降低生产成本，Al的存在也大大降低了烧结温度，提高了Ti₃SiC₂的形成速度，但两项专利的原料中都有Si粉，Si粉的存在会在升温过程中挥发，不仅导致原料的摩尔计量比发生变化，从而影响产品纯度；而且挥发的气态Si容易污染烧结原件，使得其寿命降低。合成温度达到了1550℃，相对较高，不利于降低生产成本。

因此，在保证Ti₃SiC₂高纯度基础上，首先通过无Si原料配方来进一步提高产品纯度，消除Si挥发给设备带来了腐蚀影响对于工业化的生产具有重要意义；其次，通过反应促进剂Al和合成工艺的优化对降低Ti₃SiC₂合成温度，降低合成成本非常重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本低、工艺简单、容易控制和规模化生产的快速合成高纯度亚微米Ti₃SiC₂粉末的制备方法。

为了实现本发明的目的，本发明所采取的技术方案是：

快速合成Ti₃SiC₂亚微米粉体的方法，它包括如下步骤：

1)以Ti粉、SiC粉和TiC粉为原料，Al粉为合成促进剂，按Ti∶SiC∶TiC∶Al＝(4～4.05)∶(2～2.1)∶(1～1.15)∶(0.2～0.25)的摩尔比配料；

2)将上述配料干磨，然后湿磨；

3)将球磨球过筛清洗后得到混合悬浊溶液，混合悬浊溶液过滤去除滤液后，真空干燥，得到预处理好的混合粉末；

4)将上述混合粉末压制成型制成块体；

5)将上述块体置于真空炉中，以15～20℃/分钟的升温速率将炉温升到1330～1340℃，在真空度1×10^-3～1×10^-2Pa条件下处理，保温时间3～4分钟，制备出Ti₃SiC₂粉体；

6)将制备的Ti₃SiC₂粉体干磨，将球磨球过筛得到亚微米Ti₃SiC₂粉体。

干磨步骤是在真空钢球磨罐中，真空度为15～20Pa的条件下进行。

混合粉末在10～30MPa的压力下压制成型制成块体。

在干磨和湿磨步骤中，球磨机转速为150～250转/分钟，球料质量比为10∶1。

所述湿磨介质为酒精。

所述真空干燥的温度为70～85℃。

所述干磨步骤在行星球磨机上进行。

所述Ti₃SiC₂粉体的晶粒度为456～536纳米。

所述Ti₃SiC₂粉体的纯度为质量含量的97.89～99.98％。

本发明的有益效果是：

1、通过无Si原料配方减少了杂质的生成，从而提高了Ti₃SiC₂粉体的纯度，使其纯度达到97.89～99.98％。

2.通过无Si原料配方消除了Si挥发给设备带来的腐蚀影响，降低了生产成本，其对于工业化的生产具有重要意义。此外，制备过程中使用的原材料组份少，同时利用价格较低的TiC粉代替部分Ti粉，均进一步降低了生产成本。

3、制备过程工艺步骤少，所需设备简单；因此具有工艺简单、容易控制和规模化生产的特点。

4、合成温度为1330～1340℃，合成时间为3～4分钟，具有合成温度低，合成时间短的特点，可以节约能源，降低合成成本，有利于得到亚微米晶粒的Ti₃SiC₂粉体。

附图说明

图1是本发明的制备工艺流程图。

图2是经干磨，酒精湿磨、过筛、清洗与过滤，真空干燥后得到的预处理好的混合粉末(图2a)及本发明实施例1、2、3、4制得的亚微米晶粒的Ti₃SiC₂粉体的X射线衍射图谱(图2b、图2c、图2d、图2e)。

图3是本发明实例1制得的亚微米晶粒的Ti₃SiC₂粉体的扫描电镜图。

图4是图3的放大图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例进一步对本发明进行说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

如图1所示，亚微米晶粒的Ti₃SiC₂粉体的制备方法，它包括如下步骤：

1)以Ti粉、SiC粉和TiC粉为原料，Al粉为合成促进剂，称取55.47克Ti粉、23.11克SiC粉、19.93克TiC粉和1.56克Al粉；

2)将上述配料和钢球放在真空钢球磨罐中，在真空度为15Pa的条件下在行星球磨机上干磨10小时；然后用湿磨1小时，湿磨介质为酒精；其中：球磨机转速为150转/分钟、球料质量比为10∶1；

3)将球磨球过筛清洗后得到混合悬浊溶液，混合悬浊溶液过滤去除滤液后，真空干燥，得到预处理好的混合粉末，真空干燥的温度为70℃；

4)将上述混合粉末在30MPa的压力下压制成型制成块体；

5)将上述块体置于真空炉中，以20℃/min的升温速率将炉温升到1330℃，在真空度1×10^-2Pa条件下处理，保温时间4分钟，制备出Ti₃SiC₂粉体；

6)将制备的Ti₃SiC₂粉体和钢球放在真空钢球磨罐中，在真空度为20Pa的条件下在行星球磨机上干磨8小时，将球磨球过筛得到亚微米Ti₃SiC₂粉体，其中：球磨机转速为150转/分钟、球料质量比为10∶1。

图2b为实施例1方法制备的亚微米晶粒的Ti₃SiC₂粉体的X射线衍射图谱，显示采用合成工艺与方法已得到了Ti₃SiC₂粉体。通过XRD衍射图谱中主峰(2θ＝39.581°对应的峰)的半峰宽度值计算出来Ti₃SiC₂粉体平均晶粒度约为504nm。图3为亚微米晶粒的Ti₃SiC₂粉体的扫描电镜图，图4为其放大图，扫描电镜观察表面亚微米晶粒的Ti₃SiC₂粉体呈片状，粉末的晶粒度约为500nm，与通过XRD衍射图谱中主峰(2θ＝39.581°对应的峰)的半峰宽度值计算出来的粒径尺寸基本相同。

Ti₃SiC₂粉末的纯度通过公式(1)([12]Z.F.Zhang，Z.M.Sun，H.Hashimoto，et al.J.Eur.Ceram.Soc.，2002，22(16)：2957-2961.)计算得到：

$W_{T{i}_3\mathrm{Si}{C}_2}=\frac{1.80}{1.80+I_{\mathrm{TiC}\left(200\right)}/I_{T{i}_3\mathrm{Si}{C}_2\left(104\right)}}---\left(1\right)$

式中：W_Ti3SiC2表示Ti₃SiC₂的质量百分含量、I_TiC(200)表示XRD衍射图谱中TiC主峰(2θ＝41.710°)的积分强度、I_Ti3SiC2(104)表示XRD衍射图谱中Ti₃SiC₂主峰(2θ＝39.581°)的积分强度。根据公式(1)计算出实施例1制备出的Ti₃SiC₂粉体纯度约为质量含量的97.89％。

实施例2：

如图1所示，亚微米晶粒的Ti₃SiC₂粉体的制备方法，它包括如下步骤：

1)以Ti粉、SiC粉和TiC粉为原料，Al粉为合成促进剂，称取66.43克Ti粉、28.16克SiC粉、22.66克TiC粉和2.04克Al粉；

2)将上述配料和钢球放在真空钢球磨罐中，在真空度为20Pa的条件下在行星球磨机上干磨10小时；然后用湿磨1小时，湿磨介质为酒精；其中：球磨机转速为250转/分钟、球料质量比为10∶1；

3)将球磨球过筛清洗后得到混合悬浊溶液，混合悬浊溶液过滤去除滤液后，真空干燥，得到预处理好的混合粉末，真空干燥的温度为75℃；

4)将上述混合粉末在30MPa的压力下压制成型制成块体；

5)将上述块体置于真空炉中，以15℃/分钟的升温速率将炉温升到1335℃，在真空度1×10^-3Pa条件下处理，保温时间3分钟，制备出Ti₃SiC₂粉体；

6)将制备的Ti₃SiC₂粉体和钢球放在真空钢球磨罐中，在真空度为15Pa的条件下在行星球磨机上干磨8小时，将球磨球过筛得到亚微米Ti₃SiC₂粉体，其中：球磨机转速为210转/分钟、球料质量比为10∶1。

图2(c)为实施例2方法制备的为亚微米晶粒的Ti₃SiC₂粉体的X射线衍射图谱。通过XRD衍射图谱中主峰(2θ＝39.581°对应的峰)的半峰宽度值计算出来Ti₃SiC₂粉体平均晶粒度约为456nm。根据公式(1)计算出实施例2制备出的Ti₃SiC₂粉体纯度约为质量含量的99.97％。

实施例3：

如图1所示，亚微米晶粒的Ti₃SiC₂粉体的制备方法，它包括如下步骤：

1)以Ti粉、SiC粉和TiC粉为原料，Al粉为合成促进剂，称取109.51克Ti粉、47.91克SiC粉、34.22克TiC粉和3.85克Al粉；

2)将上述配料和钢球放在真空钢球磨罐中，在真空度为18Pa的条件下在行星球磨机上干磨10小时；然后用湿磨1小时，湿磨介质为酒精；其中：球磨机转速为200转/分钟、球料质量比为10∶1；

3)将球磨球过筛清洗后得到混合悬浊溶液，混合悬浊溶液过滤去除滤液后，真空干燥，得到预处理好的混合粉末，真空干燥的温度为80℃；

4)将上述混合粉末在25MPa的压力下压制成型制成块体；

5)将上述块体置于真空炉中，以18℃/分钟的升温速率将炉温升到1338℃，在真空度1×10^-2Pa条件下处理，保温时间4分钟，制备出Ti₃SiC₂粉体；

6)将制备的Ti₃SiC₂粉体和钢球放在真空钢球磨罐中，在真空度为16Pa的条件下在行星球磨机上干磨8小时，将球磨球过筛得到亚微米Ti₃SiC₂粉体，其中：球磨机转速为200转/分钟、球料质量比为10∶1。

图2(d)为实施例3方法制备的为亚微米晶粒的Ti₃SiC₂粉体的X射线衍射图谱。通过XRD衍射图谱中主峰(2θ＝39.581°对应的峰)的半峰宽度值计算出来Ti₃SiC₂粉体平均晶粒度约为480nm。根据公式(1)计算出实施例3制备出的Ti₃SiC₂粉体纯度约为质量含量的99.96％。

实施例4：

如图1所示，亚微米晶粒的Ti₃SiC₂粉体的制备方法，它包括如下步骤：

1)以Ti粉、SiC粉和TiC粉为原料，Al粉为合成促进剂，称取82.37克Ti粉、35.59克SiC粉、29.23克TiC粉和2.86克Al粉；

2)将上述配料和钢球放在真空钢球磨罐中，在真空度为17Pa的条件下在行星球磨机上干磨10小时；然后用湿磨1小时，湿磨介质为酒精；其中：球磨机转速为250转/分钟、球料质量比为10∶1；

3)将球磨球过筛清洗后得到混合悬浊溶液，混合悬浊溶液过滤去除滤液后，真空干燥，得到预处理好的混合粉末，真空干燥的温度为85℃；

4)将上述混合粉末在10MPa的压力下压制成型制成块体；

5)将上述块体置于真空炉中，以15℃/分钟的升温速率将炉温升到1340℃，在真空度5×10^-3Pa条件下处理，保温时间3分钟，制备出Ti₃SiC₂粉体；

6)将制备的Ti₃SiC₂粉体和钢球放在真空钢球磨罐中，在真空度为19Pa的条件下在行星球磨机上干磨8小时，将球磨球过筛得到亚微米Ti₃SiC₂粉体，其中：球磨机转速为250转/分钟、球料质量比为10∶1。

图2(e)为实施例4方法制备的为亚微米晶粒的Ti₃SiC₂粉体的X射线衍射图谱。通过XRD衍射图谱中主峰(2θ＝39.581°对应的峰)的半峰宽度值计算出来Ti₃SiC₂粉体平均晶粒度约为536nm。根据公式(1)计算出实施例4制备出的Ti₃SiC₂粉体纯度约为质量含量的99.98％。

可以理解的是，湿磨介质并不局限于以上实施例中的酒精，其还可以为环己烷、正己烷、或丙酮等本领域常用湿磨介质。此外，干磨步骤也不局限于以上实施例中的行星球磨机，还可以为搅拌式球磨机，振动球磨机等。

本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，本发明的工艺参数(如温度、时间、真空度等)的上下限取值以及区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (9)

1. 快速合成Ti₃SiC₂亚微米粉体的方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)以Ti粉、SiC粉和TiC粉为原料，Al粉为合成促进剂，按Ti：SiC：TiC：Al=(4~4.05)：(2~2.1)：(1~1.15)：(0.2~0.25)的摩尔比配料；

2)将上述配料干磨，然后湿磨；

3)将球磨球过筛清洗后得到混合悬浊溶液，混合悬浊溶液过滤去除滤液后，真空干燥，得到预处理好的混合粉末；

4)将上述混合粉末压制成型制成块体；

5)将上述块体置于真空炉中，以15~20℃/分钟的升温速率将炉温升到1330~1340℃，在真空度1×10^-3~1×10^-2Pa条件下处理，保温时间3~4分钟，制备出Ti₃SiC₂ 粉体；

6)将制备的Ti₃SiC₂ 粉体干磨，将球磨球过筛得到亚微米Ti₃SiC₂粉体。

2. 如权利要求1所述的快速合成Ti₃SiC₂亚微米粉体的方法，其特征在于，干磨步骤是在真空钢球磨罐中，真空度为15~20Pa的条件下进行。

3. 如权利要求1所述的快速合成Ti₃SiC₂亚微米粉体的方法，其特征在于，混合粉末在10~30MPa的压力下压制成型制成块体。

4. 如权利要求1所述的快速合成Ti₃SiC₂亚微米粉体的方法，其特征在于，在干磨和湿磨步骤中，球磨机转速为150~250转/分钟，球料质量比为10：1。

5. 如权利要求1所述的快速合成Ti₃SiC₂亚微米粉体的方法，其特征在于，所述湿磨介质为酒精。

6. 如权利要求1所述的快速合成Ti₃SiC₂亚微米粉体的方法，其特征在于，所述真空干燥的温度为70~85℃。

7. 如权利要求1所述的快速合成Ti₃SiC₂亚微米粉体的方法，其特征在于，所述干磨步骤在行星球磨机上进行。

8. 如权利要求1所述的快速合成Ti₃SiC₂亚微米粉体的方法，其特征在于，所述Ti₃SiC₂粉体的晶粒度为456~536纳米。

9. 如权利要求1所述的快速合成Ti₃SiC₂亚微米粉体的方法，其特征在于，所述Ti₃SiC₂粉体的纯度为质量含量的97.89~99.98%。

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