CN106083030A - Ti3O5致密块体材料及其制备方法 - Google Patents

Ti3O5致密块体材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明所述Ti3O5致密块体材料，致密度≥80％，该致密块体材料中，Ti3O5的含量为70wt％～100wt％，TinO2n‑1的含量为0～29wt％，碳含量为0～1wt％，所述TinO2n‑1中，3<n<6。制备方法：将Ti3O5粉体装入模具，放入放电等离子烧结炉或电场活化压力辅助烧结炉内，在保护气氛中对模具内的Ti3O5粉体施加25KN～100KN的压力并在施压下升温至900℃～1400℃烧结5min～60min，烧结结束后切断电流，将所施加的压力降低一半，随炉冷却至低于100℃后释放完压力并出炉。本发明还提供了上述Ti3O5致密块体材料的另外三种制备方法。本发明开发出了一种Ti3O5新材料，扩大了Ti3O5的用途。

Description

Ti3O5致密块体材料及其制备方法
技术领域
本发明属于Ti3O5材料领域，特别涉及Ti3O5致密块体材料及其制备方法。
背景技术
Ti3O5属于非计量化合物，即亚稳相的钛氧化物，其晶体内部含有较多的氧空位及较高的准自由电子浓度，在不同温度下其非对称晶体结构使其会发生物相演变，从而具有多种晶型(如α、β、γ、δ、λ型等)。不同物相的Ti3O5具有不同的特性(例如光致转变特性、导电性、阻温特性等)，因而其用途有待进一步开发。
现有资料表明，Ti3O5主要是以粉体和薄膜的形态存在，尚无致密块体材料公开，因而对Ti3O5用途的开发不利。由于Ti3O5属于非计量化合物，包括几种不同物相，虽然在常温下可以稳定存在，但是因为这几种Ti3O5物相有非常接近的晶格常数和热力学常数，其烧结过程容易出现相变或过还原反应，因而难以获得致密块体材料。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供Ti3O5致密块体材料及其制备方法，以开发出一种Ti3O5新材料，扩大Ti3O5的用途。
本发明所述Ti3O5致密块体材料，致密度≥80wt％，该致密块体材料中，Ti3O5的含量为70wt％～100wt％，TinO2n-1的含量为0～29wt％，碳含量为0～1wt％，所述TinO2n-1中，3<n<6。
本发明所述Ti3O5致密块体材料的制备方法，以Ti3O5粉体为原料，有以下四种方法，这四种方法属于一个总的发明构思。
本发明提供的第一种Ti3O5致密块体材料的制备方法：
将Ti3O5粉体装入模具，将装有Ti3O5粉体的模具放入放电等离子烧结炉或电场活化压力辅助烧结炉内，在保护气氛中对模具内的Ti3O5粉体施加25KN～100KN的压力并在施压下升温至900℃～1400℃烧结5min～60min，烧结结束后切断电流，将所施加的压力降低一半，随炉冷却至低于100℃后释放完压力并出炉，即得到Ti3O5致密块体材料，所述Ti3O5粉体装入模具的量以不超过模具的最大容量为限。
上述第一种方法中，所述保护气氛为氮气气氛、氩气气氛、真空气氛中的一种。
上述第一种方法中，烧结时的升温速率主要根据烧结炉进行选择，通常为60～100℃/min。
本发明提供的第一种Ti3O5致密块体材料的制备方法，其烧结机理：在施加脉冲电流后，大部分电流流过模具，在模具内产生焦耳热以加热Ti3O5粉体；流经模具的电流同时会产生电磁场，电磁波会诱发Ti3O5粉体颗粒间极化的趋势变大，从而促进颗粒间的放电并快速形成烧结颈，使烧结体迅速收缩和致密化。另一小部分电流会流经Ti3O5粉体原料，在Ti3O5粉体颗粒之间自分配的电流使颗粒的界面处和内部产生焦耳热，在烧结初期，接触界面较大的颗粒间电流较大，其电流产生的焦耳热会优先使颗粒接触区域形成烧结颈，随着烧结颈的长大，颗粒间接触界面面积进一步增加，电流也随之增大，形成的烧结颈之间的界面电阻增加，增大后的电流流向小颗粒，并于颗粒界面间产生焦耳热形成烧结颈。按照上述方式交替进行，放电等离子烧结或电场活化压力辅助烧结一方面控制了颗粒的长大速度，另一方面可以快速实现烧结体的致密化，从而使得烧结体的组织形貌均匀、颗粒细小且致密度极高。
从上述烧结机理可知，由于烧结时综合了焦耳热、电磁波、压力以及等离子弧同时作用于被烧结材料，因而促进了Ti3O5块体材料快速致密化，烧结时间大大缩短。
本发明提供的第二种Ti3O5致密块体材料的制备方法：
将Ti3O5粉体装入模具，将装有Ti3O5粉体的模具放入热压烧结炉，在保护气氛中对模具内的Ti3O5粉体施加50KN～200KN的压力并在施压下升温至1100℃～1400℃烧结1h～5h，烧结结束后切断电流，将所施加的压力降低一半，随炉冷却至低于100℃后释放完压力并出炉，即得到Ti3O5致密块体材料，所述Ti3O5粉体装入模具的量以不超过模具的最大容量为限。
上述第二种方法，所述保护气氛为氮气气氛、氩气气氛、真空气氛中的一种。
上述第二种方法中，烧结时的升温速率主要根据烧结炉进行选择，通常为10～20℃/min。
本发明提供的第二种Ti3O5致密块体材料的制备方法，其烧结机理：在烧结过程中，热量传输至Ti3O5粉体，使其在压力和温度的共同作用下通过表面扩散和颗粒重排完成致密化初级阶段，然后在加热条件下通过晶界扩散和晶界迁移完成致密化。
从上述烧结机理可知，由于烧结过程中只有温度和压力作用于被烧结材料，因而烧结时间较第一种方法增长。但由于热压烧结炉的购置成本低于放电等离子烧结炉或电场活化压力辅助烧结炉，因而第二种方法也有其优势。
本发明提供的第三种Ti3O5致密块体材料的制备方法：
将Ti3O5粉体装入模具中，在20KN～50KN的压力下保压至少0.5min制成压坯，然后将压坯装入热等静压烧结炉内并输入等静压介质，通过等静压介质对压坯施加50MPa～300MPa的等静压，在施压下升温至1100℃～1400℃烧结1h～5h，烧结结束后切断电流，将所施加的压力降低一半，随炉冷却至低于100℃后释放完压力并出炉，即得到Ti3O5致密块体材料，所述Ti3O5粉体装入模具的量以不超过模具的最大容量为限。
上述第三种方法，所述等静压介质为为氮气或氩气。
上述第三种方法中，烧结时的升温速率主要根据烧结炉进行选择，通常为8～12℃/min。
本发明提供的第四种Ti3O5致密块体材料的制备方法：
(1)按Ti3O5粉体与粘结剂的质量比为100︰(1～4)计量Ti3O5粉体和粘结剂，将计量好的Ti3O5粉体和粘结剂混合均匀后装入模具，对模具中的混合料在50KN～100KN的压力下保压至少1min形成压坯，再将压坯置于真空气氛中脱除粘结剂；
或按Ti3O5粉体与粘结剂的质量比为100︰(1～4)计量Ti3O5粉体和粘结剂，将计量好的Ti3O5粉体和粘结剂混合均匀后装入模具，对模具中的混合料在50KN～100KN的压力下保压至少1min形成压坯，然后将压坯放入橡皮套，并将装有压坯的橡皮套置入冷等静压机中施加500MPa～3000MPa的等静压强并保压1min～20min，再将压坯置于真空气氛中脱除粘结剂；
(2)将步骤(1)得到的脱除粘结剂的压坯放入低压烧结炉内，在保护气氛中升温至1100℃～1400℃烧结1h～10h，烧结结束后随炉冷却至室温出炉，即得到Ti3O5致密块体材料。
上述第四种方法，所述粘结剂为石蜡、橡胶、聚乙烯、尼龙、聚砜中的一种。
上述第四种方法，所述保护气氛为氮气气氛、氩气气氛、真空气氛中的一种，当保护气氛为氮气气氛或氩气气氛时，向低压烧结炉内充入氮气或氩气至0.5MPa～10MPa。
上述第四种方法中，烧结时的升温速率主要根据烧结炉进行选择，通常为8～15℃/min。
上述第四种方法中，压坯在真空气氛中脱除粘结剂的温度根据所选择的具体粘结剂确定，保温时间以完全脱除粘接剂为限。
本发明提供的四种Ti3O5致密块体材料的制备方法中，原料Ti3O5粉体可通过CN103787409B专利中公开的方法制备得到，也可通过市场购买。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供了一种Ti3O5新材料。
2、本发明所述Ti3O5致密块体材料致密度可达80wt％以上，Ti3O5含量为70wt％～100wt％，具有纯度高、致密度高的特点，可直接用做靶材、各类电极、储能材料、电子元件等，应用范围更广，扩大了Ti3O5的用途。
3、本发明所述Ti3O5致密块体材料有效克服了Ti3O5粉末、颗粒和薄膜等无法形成三维稳定尺寸和形状的缺陷，便于采用线切割和磨床加工成圆形、棒状、片状等特定尺寸和形状的器件，工业适用性强。
4、本发明所述Ti3O5致密块体材料的制备方法简单，易于实现批量工业生产。
附图说明
图1为实施例1制备的Ti3O5致密块体材料的XRD图。
图2为实施例1制备的Ti3O5致密块体材料的光学照片。
图3为实施例1制备的Ti3O5致密块体材料的扫描电镜(SEM)图。
图4为实施例1的原料Ti3O5粉体的扫描电镜(SEM)图。
图5为实施例3的原料Ti3O5粉体的扫描电镜(SEM)图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所述Ti3O5致密块体材料的制备方法作进一步说明。
以下实施例中，所述Ti3O5粉体采用CN103787409B专利中公开的方法制备得到；
以下实施例中，对制得的Ti3O5致密块体材料通过XRD检测块体材料的纯度；使用LECO检测样品中的残余C含量；使用阿基米德排水法测试块体的密度，再除以Ti3O5的理论密度(4.32g/cm3)得到致密度。
实施例1
本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
Ti3O5粉体原料由85wt％的λ-Ti3O5、14.1wt％的Ti4O7和0.9wt％的残余C组成，粉体的扫描电镜图如图4所示。
称取15g Ti3O5粉体原料装入内径为10mm的模具中，为防止烧结过程中原料与模具内壁及上下压头反应或粘结，同时也为便于脱模，粉体原料与模具之间以及上下压头之间用0.2mm柔性碳纸隔开。填装好粉体的模具放入放电等离子烧结炉内，对烧结炉抽真空至真空度低于30Pa时施加连续烧结压力25KN，同时增加烧结电流对模具内的Ti3O5粉体以恒定的升温速率80℃/min升温至1000℃的烧结温度，在保持抽真空，保持烧结压力下保温烧结5min。烧结结束后切断电流，将烧结压力降低一半以防止冷却过程中热应力过大而导致材料碎裂。随炉冷却，在炉温低于100℃时释放完压力并出炉，脱模后清除材料表面的碳纸，得到Ti3O5致密块体材料，SEM电镜结果如图3所示。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面，其光学照片如图2所示。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为85％；XRD结果如图1所示，λ-Ti3O5含量为79wt％，Ti4O7含量为20.2wt％；LECO测试表明，残余C含量为0.8wt％。
实施例2
本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
使用的原料与实施例1相同。
称取150g Ti3O5粉体原料装入内径为60mm的模具中，为防止烧结过程中原料与模具内壁及上下压头反应或粘结，同时也为便于脱模，粉体原料与模具之间以及上下压头之间用0.2mm柔性碳纸隔开。将填装好粉体的模具放入放电等离子烧结炉内，对烧结炉抽真空至真空度低于30Pa时充入氮气至常压作为保护气氛。施加连续烧结压力100KN，同时增加烧结电流对模具内的Ti3O5粉体以恒定的升温速率100℃/min升温至1400℃的烧结温度，在保持烧结压力下保温烧结60min。烧结结束后切断电流，将烧结压力降低一半以防止冷却过程中热应力过大而导致材料碎裂。随炉冷却，在炉温低于100℃时释放完压力并出炉，脱模后清除材料表面的碳纸，得到Ti3O5致密块体材料。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为99.7％；XRD结果表明，λ-Ti3O5含量为95wt％，Ti4O7含量为4wt％；LECO测试表明残余C含量为1wt％。
实施例3
本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
Ti3O5粉体原料由95wt％β-Ti3O5、4.9wt％Ti4O7以及0.1wt％的残余C组成。粉体的扫描电镜图如图5所示。
称取30g Ti3O5粉体原料装入内径为30mm的模具中，为防止烧结过程中原料与模具内壁及上下压头反应或粘结，同时也为便于脱模，粉体原料与模具之间以及上下压头之间用0.2mm柔性碳纸隔开。将填装好粉体的模具放入放电等离子烧结炉内，对烧结炉抽真空至真空度低于30Pa时充入氩气至常压作为保护气氛。施加连续烧结压力50KN，同时增加烧结电流对模具内的Ti3O5粉体以恒定的升温速率60℃/min升温至1300℃的烧结温度，在保持烧结压力下保温烧结30min。烧结结束后切断电流，将烧结压力降低一半以防止冷却过程中热应力过大而导致材料碎裂。随炉冷却，在炉温低于100℃时释放完压力并出炉，脱模后清除材料表面的碳纸，得到Ti3O5致密块体材料。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为99％；XRD结果表明β-Ti3O5含量为99wt％，λ-Ti3O5含量为0.8wt％；LECO测试表明残余C含量为0.2wt％。
实施例4
本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
原料与实施例3相同。
首先称取40g Ti3O5粉体装入内径为30mm的模具中，将填装好粉末的模具放入电场活化压力辅助烧结炉内，对烧结炉抽真空至真空度低于30Pa时充入氮气至常压作为保护气体。施加连续烧结压力50KN，增加烧结电流使粉体以恒定的升温速率80℃/min升温至1000℃的烧结温度，在保持压力的条件下保温烧结30min。烧结结束后切断电流，将烧结压力降低一半以防止冷却过程中热应力过大而导致材料碎裂。随炉冷却，在炉温低于100℃时释放完压力并出炉，脱模后得到Ti3O5致密块体材料。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为89％；XRD结果表明，β-Ti3O5含量为94wt％，Ti4O7含量为5.91wt％；LECO测试表明残余C含量为0.09wt％。
实施例5
本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
原料与实施例1相同。
首先称取100g Ti3O5粉体装入内径为60mm的模具中，将填装好粉末的模具放入电场活化压力辅助烧结炉内，对烧结炉抽真空至真空度低于30Pa时充入氮气至常压作为保护气体。施加连续烧结压力50KN，增加一定的电流使粉体以恒定的升温速率80℃/min升温至900℃的烧结温度，在保持压力的条件下保温烧结30min。烧结结束后切断电流，将烧结压力降低一半以防止冷却过程中热应力过大而导致材料碎裂，随炉冷却，在炉温低于100℃时释放完压力并出炉，脱模后得到Ti3O5致密块体材料。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为80％；XRD结果表明，λ-Ti3O5含量为70wt％，Ti4O7含量为29.3wt％；LECO测试表明残余C含量为0.7wt％。
实施例6
本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
原料与实施例3相同。
首先称取50g Ti3O5粉体装入内径为30mm的模具中，为防止烧结过程中原料与模具内壁及上下压头反应或粘结，同时也为便于脱模，粉体原料与模具之间以及上下压头之间用0.2mm柔性碳纸隔开。将填装好粉末的模具放入热压烧结炉内，对烧结炉抽真空至真空度低于30Pa时施加连续烧结压力50KN，以恒定的升温速率20℃/min升温至1400℃的烧结温度，在保持抽真空及保持压力的条件下保温烧结1h。烧结结束后切断电流，将烧结压力降低一半以防止冷却过程中热应力过大而导致材料碎裂，随炉冷却，在炉温低于100℃时释放完压力并出炉，脱模后清除材料表面的碳纸，得到Ti3O5致密块体材料。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为100％；XRD结果表明，λ-Ti3O5含量为0.7wt％，β-Ti3O5含量为99wt％；LECO测试表明残余C含量为0.3wt％。
实施例7
本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
原料与实施例1相同。
首先称取40g Ti3O5粉体装入内径为30mm的模具中，为防止烧结过程中原料与模具内壁及上下压头反应或粘结，同时也为便于脱模，粉体原料与模具之间以及上下压头之间用0.2mm柔性碳纸隔开。将填装好粉末的模具放入热压烧结炉内，对烧结炉抽真空至真空度低于30Pa时充入氩气至常压作为保护气体，施加连续烧结压力200KN，以恒定的升温速率15℃/min升温至1100℃的烧结温度，在保持压力的条件下保温烧结3h。烧结结束后切断电流，将烧结压力降低一半以防止冷却过程中热应力过大而导致材料碎裂，随炉冷却，在炉温低于100℃时释放完压力并出炉，脱模后清除材料表面的碳纸，得到Ti3O5致密块体材料。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为92％；XRD结果表明，λ-Ti3O5含量为87.7wt％，Ti4O7含量为12wt％；LECO测试表明残余C含量为0.3wt％。
实施例8
本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
原料与实施例1相同。
首先称取40g Ti3O5粉体装入内径为30mm的模具中，在40KN的压力下保压0.5min后制成压坯，将Ti3O5压坯装入热等静压烧结炉内，抽真空至真空度低于30Pa时充入氩气作为等静压介质，通过氩气对压坯施加连续烧结压力200MPa，以恒定的升温速率10℃/min升温至1200℃的烧结温度，在保持压力的条件下保温烧结5h。烧结结束后切断电流，将烧结压力降低一半以防止冷却过程中热应力过大而导致材料碎裂，随炉冷却，在炉温低于100℃时释放完压力并出炉，脱模后得到Ti3O5致密块体材料。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为98％；XRD结果表明，λ-Ti3O5含量为97wt％，Ti4O7含量为2.79wt％；LECO测试表明残余C含量为0.21wt％。
实施例9
本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
原料与实施例3相同。
首先称取20g Ti3O5粉体装入内径为20mm模具中，在50KN的压力下保压1min后制成压坯，然后将压坯装入热等静压烧结炉内，抽真空至真空度低于30Pa时充入氮气作为等静压介质，通过氮气对压坯施加连续烧结压力300MPa，以恒定的升温速率12℃/min升温至1400℃的烧结温度，在保持压力的条件下保温烧结1h。烧结结束后切断电流，将烧结压力降低一半以防止冷却过程中热应力过大而导致材料碎裂，随炉冷却，在炉温低于100℃时释放完压力并出炉，脱模后得到Ti3O5致密块体材料。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为90.5％；XRD结果表明，Ti4O7含量为1.2wt％，β-Ti3O5含量为98.8wt％；LECO测试表明无残余C存在。
实施例10
本本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
原料与实施例1相同。
首先称取35g Ti3O5粉体装入内径为20mm的模具中，在20KN的压力下保压5min后制成压坯，然后将压坯放入热等静压烧结炉内，抽真空至真空度低于30Pa时充入氩气作为等静压介质，通过氩气对压坯施加连续烧结压力50MPa，以恒定的升温速率8℃/min升温至1100℃的烧结温度，在保持压力的条件下保温烧结5h。烧结结束后切断电流，将烧结压力降低一半以防止冷却过程中热应力过大而导致材料碎裂，随炉冷却，在炉温低于100℃时释放完压力并出炉，脱模后得到Ti3O5致密块体材料。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为80％；XRD结果表明，λ-Ti3O5含量为89wt％，Ti4O7含量为10.6wt％；LECO测试表明残余C含量为0.4wt％。
实施例11
本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
原料与实施例1相同。
(1)称取15g Ti3O5粉体和0.15g的石蜡混合均匀后装入内径为10mm的模具中，在50KN的压力下保压10min压制成压坯，再将压坯置于真空烧结炉中，在抽真空状态下于600℃保温6h脱除粘结剂；
(2)将步骤(1)得到的脱除粘结剂的压坯放入低压烧结炉内，向低压烧结炉内充入N2至9MPa，以恒定的升温速率10℃/min升温至1100℃保温烧结10h，烧结结束后随炉冷却至室温出炉，即得到Ti3O5致密块体材料。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为82％；XRD结果表明，λ-Ti3O5含量为90wt％，Ti4O7含量为9.2wt％，Ti5O9含量为0.5wt％；LECO测试表明残余C含量为0.3wt％。
实施例12
本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
原料与实施例1相同。
(1)称取150g Ti3O5粉体和3g的聚乙烯混合均匀后装入内径为100mm的模具中，在100KN的压力下保压1min压制成压坯，再将压坯置于真空烧结炉中，在抽真空状态下于600℃保温3h脱除粘结剂；
(2)将步骤(1)得到的脱除粘结剂的压坯放入低压烧结炉内，向低压烧结炉内充入N2至10MPa，以恒定的升温速率12℃/min升温至1300℃保温烧结1h，烧结结束后随炉冷却至室温出炉，即得到Ti3O5致密块体材料。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为86％；XRD结果表明，λ-Ti3O5含量为92wt％，Ti4O7含量为7.2wt％；LECO测试表明残余C含量为0.8wt％。
实施例13
本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
原料与实施例1相同。
(1)称取30g Ti3O5粉体和1.2g的尼龙混合均匀后装入内径为20mm的模具中，在80KN的压力下保压10min压制成压坯，再将压坯置于真空烧结炉中，在抽真空状态下于800℃保温4h脱除粘结剂；
(2)将步骤(1)得到的脱除粘结剂的压坯放入低压烧结炉内，向低压烧结炉内充入氩气至10MPa，以恒定的升温速率15℃/min升温至1200℃保温烧结6h，烧结结束后随炉冷却至室温出炉，即得到Ti3O5致密块体材料。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为89％；XRD结果表明，λ-Ti3O5含量为91wt％，Ti4O7含量为8.6wt％；LECO测试表明残余C含量为0.4wt％。
实施例14
本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
原料与实施例1相同。
(1)称取30g的Ti3O5粉体和0.3g的石蜡混合均匀后装入内径为20mm的模具中，在50KN的压力下保压10min压制成压坯，然后将压坯放入橡皮套，并将装有压坯的橡皮套置入冷等静压机中施加500MPa的等静压强并保压20min，再将冷等静压后的压坯置于真空烧结炉中，在抽真空状态下于600℃保温2h脱除粘结剂；
(2)将步骤(1)得到的脱除粘结剂的压坯放入低压烧结炉内，对低压烧结炉抽真空至3Pa，以恒定的升温速率10℃/min升温至1400℃保温烧结10h，烧结结束后随炉冷却至室温出炉，即得到Ti3O5致密块体材料。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为90％；XRD结果表明，λ-Ti3O5含量为93.0wt％，β-Ti3O5含量为6wt％；LECO测试表明残余C含量为1wt％。
实施例15
本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
原料与实施例1相同。
(1)称取30g Ti3O5粉体和0.3g的橡胶混合均匀后装入内径为20mm的模具中，在100KN的压力下保压1min压制成压坯，然后将压坯放入橡皮套，并将装有压坯的橡皮套置入冷等静压机中施加3000MPa的等静压强并保压1min，再将冷等静压后的压坯置于真空烧结炉中，在抽真空状态下于600℃保温3h脱除粘结剂；
(2)将步骤(1)得到的脱除粘结剂的压坯放入低压烧结炉内，向低压烧结炉内充入氩气至8MPa，以恒定的升温速率10℃/min升温至1300℃保温烧结6h，烧结结束后随炉冷却至室温出炉，即得到Ti3O5致密块体材料。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为92.9％；XRD结果表明，λ-Ti3O5含量为98wt％，β-Ti3O5含量为1.06wt％；LECO测试表明残余C含量为0.94wt％。
实施例16
本实施例中，Ti3O5致密块体材料的制备方法如下：
原料与实施例1相同。
(1)称取100g Ti3O5粉体和3g的聚砜中混合均匀后装入内径为50mm的模具中，在150KN的压力下保压5min压制成压坯，然后将压坯放入橡皮套，并将装有压坯的橡皮套置入冷等静压机中施加3000MPa的等静压强并保压5min，再将冷等静压后的压坯置于真空烧结炉中，在抽真空状态下于750℃保温6h脱除粘结剂；
(2)将步骤(1)得到的脱除粘结剂的压坯放入低压烧结炉内，向低压烧结炉内充入氩气至6MPa，以恒定的升温速率8℃/min升温至1400℃保温烧结9h，烧结结束后随炉冷却至室温出炉，即得到Ti3O5致密块体材料。
为了对所得Ti3O5致密块体材料进行表征分析，根据测试要求将其经线切割和磨床加工成特定尺寸的样品，在抛光机上使用金刚石研磨膏通过精抛至出现镜面。所得Ti3O5致密块体材料的测试和表征结果：致密度为97.9％；XRD结果表明，λ-Ti3O5含量为95wt％，β-Ti3O5含量为4.02wt％；LECO测试表明残余C含量为0.98wt％。

Claims (10)

1.Ti3O5致密块体材料，其特征在于该致密块体材料的致密度≥80％，该致密块体材料中，Ti3O5的含量为70wt％～100wt％，TinO2n-1的含量为0～29wt％，碳含量为0～1wt％，所述TinO2n-1中，3<n<6。
2.一种权利要求1所述Ti3O5致密块体材料的制备方法，其特征在于以Ti3O5粉体为原料，工艺步骤如下：
将Ti3O5粉体装入模具，将装有Ti3O5粉体的模具放入放电等离子烧结炉或电场活化压力辅助烧结炉内，在保护气氛中对模具内的Ti3O5粉体施加25KN～100KN的压力并在施压下升温至900℃～1400℃烧结5min～60min，烧结结束后切断电流，将所施加的压力降低一半，随炉冷却至低于100℃后释放完压力并出炉，即得到Ti3O5致密块体材料，所述Ti3O5粉体装入模具的量以不超过模具的最大容量为限。
3.根据权利要求2所述Ti3O5致密块体材料的制备方法，其特征在于所述保护气氛为氮气气氛、氩气气氛、真空气氛中的一种。
4.一种权利要求1所述Ti3O5致密块体材料的制备方法，其特征在于以Ti3O5粉体为原料，工艺步骤如下：
将Ti3O5粉体装入模具，将装有Ti3O5粉体的模具放入热压烧结炉，在保护气氛中对模具内的Ti3O5粉体施加50KN～200KN的压力并在施压下升温至1100℃～1400℃烧结1h～5h，烧结结束后切断电流，将所施加的压力降低一半，随炉冷却至低于100℃后释放完压力并出炉，即得到Ti3O5致密块体材料，所述Ti3O5粉体装入模具的量以不超过模具的最大容量为限。
5.根据权利要求4所述Ti3O5致密块体材料的制备方法，其特征在于所述保护气氛为氮气气氛、氩气气氛、真空气氛中的一种。
6.一种权利要求1所述Ti3O5致密块体材料的制备方法，其特征在于以Ti3O5粉体为原料，工艺步骤如下：
将Ti3O5粉体装入模具中，在20KN～50KN的压力下保压至少0.5min制成压坯，然后将压坯装入热等静压烧结炉内并输入等静压介质，通过等静压介质对压坯施加50MPa～300MPa的等静压，在施压下升温至1100℃～1400℃烧结1h～5h，烧结结束后切断电流，将所施加的压力降低一半，随炉冷却至低于100℃后释放完压力并出炉，即得到Ti3O5致密块体材料，所述Ti3O5粉体装入模具的量以不超过模具的最大容量为限。
7.根据权利要6所述Ti3O5致密块体材料的制备方法，其特征在于所述等静压介质为氮气或氩气。
8.一种权利要求1所述Ti3O5致密块体材料的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：
(1)按Ti3O5粉体与粘结剂的质量比为100︰(1～4)计量Ti3O5粉体和粘结剂，将计量好的Ti3O5粉体和粘结剂混合均匀后装入模具，对模具中的混合料在50KN～100KN的压力下保压至少1min形成压坯，再将压坯置于真空气氛中脱除粘结剂；
或按Ti3O5粉体与粘结剂的质量比为100︰(1～4)计量Ti3O5粉体和粘结剂，将计量好的Ti3O5粉体和粘结剂混合均匀后装入模具，对模具中的混合料在50KN～100KN的压力下保压至少至少1min形成压坯，然后将压坯放入橡皮套，并将装有压坯的橡皮套置入冷等静压机中施加500MPa～3000MPa的等静压强并保压1min～20min，再将压坯置于真空气氛中脱除粘结剂；
(2)将步骤(1)得到的脱除粘结剂的压坯放入低压烧结炉内，在保护气氛中升温至1100℃～1400℃烧结1h～10h，烧结结束后随炉冷却至室温出炉，即得到Ti3O5致密块体材料。
9.根据权利要求8所述Ti3O5致密块体材料的制备方法，其特征在于所述粘结剂为石蜡、橡胶、聚乙烯、尼龙、聚砜中的一种。
10.根据权利要求8或9所述Ti3O5致密块体材料的制备方法，其特征在于所述保护气氛为氮气气氛、氩气气氛、真空气氛中的一种。
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