CN1421538A - 一种Ti3AlC2复合材料增强剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及Ti3AlC2复合材料，具体地说是一种Ti3AlC2复合材料增强剂的制备方法。以Ti粉，Al粉和C粉为原料，其摩尔比为Ti∶Al∶C＝3∶1～1.2∶1.6～2.1，将所述原料经球磨10－20小时混合均匀后密封在氮化硼或石墨坩埚中，然后放入流动Ar气做保护气的SiC管式炉中，以5～40℃/min升温速为率升温至1300～1450℃，然后在相应温度下经固－液相反应0.5～4小时。采用本发明方法产物纯度高、反应时间短、粒度分布均匀、操作方便、工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及Ti3AlC2复合材料，具体地说是一种Ti3AlC2复合材料增强剂的制备方法。
背景技术
Ti3AlC2是一种新型三元层状化合物。它同时具有陶瓷和金属的优点。象陶瓷，如低密度(4.21g/cm3)、高模量、高强度、高熔点，优异的抗氧化性等；又有金属性能，如高导电率，高导热率，可机械加工和抗热冲击等。此外，Ti3AlC2，还具有自润滑性。低密度、高模量、高导电和导热性等优点使Ti3AlC2成为金属、陶瓷和树脂基复合材料的理想增强剂。如将Ti3AlC2加入到绝缘的树脂中可大大提高其模量、强度、导电和导热性；再比如，将Ti3AlC2加入到Cu、Al、Ti等金属中，在提高其模量和强度的同时而不降低其导电和导热率。此外，由于Ti3AlC2的自润滑特性，可以使金属基复合材料的摩擦系数大大降低。但是，目前还没有Ti3AlC2复合材料增强剂的制备方法。文献1(J.Am.Ceram.Soc.Vol.83，No.4,825-832,2000)以Ti，石墨和Al4C3为原料，在1400℃，70MPa热压16小时，合成出非化学计量比的Ti3AlC2块体多晶材料。若作为复合材料增强剂，需要进一步将Ti3AlC2块体多晶材料进行粉体化处理。并且由于原料中Al4C3的吸水性很强，Al4C3吸收的水分难以除净，造成在产物中有Al2O3杂质相存在( )。Al2O3为不导电氧化物陶瓷，若作为复合材料增强剂，将影响复合材料性能。
发明内容
本发明目的是提供一种反应时间短、产物纯度高、粒度分布均匀、工艺简单的Ti3AlC2复合材料增强剂的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：以Ti粉，Al粉和C粉为原料，其摩尔比为Ti∶Al∶C＝3∶1～1.2∶1.6～2.1，将所述原料经球磨10-20小时混合均匀后密封在氮化硼(BN)或石墨坩埚中，然后放入流动Ar气做保护气的SiC管式炉中以5～40℃/min升温至1300～1450℃、在相应温度下经无压固-液相反应0.5～4小时获得粒度分布均匀的单一相Ti3AlC2复合材料增强剂。
本发明具有以下优点：
1.反应时间短，成本低。由于本发明充分利用元素Ti与Al、Ti与C之间的放热反应的反应热促进Ti3AlC2的合成，并且通过合理控制反应过程参数(升温速率、最高温度和保温时间等)，能在短时间内得到单一相Ti3AlC2复合材料增强剂。同现有技术(文献1)热压16小时相比，本发明反应时间非常短，仅在0.5～4小时内即可获得粒度分布均匀的单一相Ti3AlC2复合材料增强剂，所以能大幅度降低能耗，从而降低了生产成本。
2.产物纯度高。采用本发明方法产物中无如Al2O3等杂质相存在，而且增强剂颗粒细小且分布均匀，非常适合作为复合材料增强剂。
3.操作方便、工艺简单。本发明选用市售的Ti粉、Al粉和C粉，原材料廉价易得；另外，同现有技术(文献1)相比，本发明所采用的反应炉为常规SiC管式炉，对设备要求不高；操作时无需加压，操作方便，并且可直接得到粒度分布均匀的Ti3AlC2复合材料增强剂粉体材料，工艺简单，非常适合工业化大规模生产。
附图说明
图1为本发明一个实施例中Ti3AlC2的粉末X-射线衍射图。
具体实施方式
实施例1
Ti粉143.64克，Al粉26.98克，C粉24.02克，其摩尔比为Ti∶Al∶C＝3∶1∶2；将所述原料球磨10小时，混合均匀后放入密闭石墨坩埚中，在流动Ar气做保护气氛的SiC管式炉中以30℃/nin的升温速率升温至1350℃，然后在此温度下无压固-液相反应3小时，获得的反应产物经粉末X-射线衍射分析为单一相的复合材料增强剂Ti3AlC2，参见附图1。
实施例2
Ti粉143.64克，Al粉29.68克，C粉22.82克，其摩尔比为Ti∶Al∶C＝3∶1.1∶1.9，将所述原料球磨14小时，混合均匀后放入密闭BN坩埚中，在Ar气做保护气氛的SiC管式炉中以30℃/min的升温速率升温至1450℃，然后在此温度下无压固-液相反应1小时，获得的反应产物为粒度分布均匀的单一相Ti3AlC2复合材料增强剂。
实施例3
Ti粉143.64克，Al粉29.68克，C粉22.82克，其摩尔比为Ti∶Al∶C＝3∶1.1∶1.9，将所述原料球磨14小时，混合均匀后放入密闭BN坩埚中，在流动Ar气做保护气氛的SiC管式炉中以20℃/min的升温速率升温至1450℃，然后在此温度下无压固-液相反应0.5小时。获得的反应产物为粒度分布均匀的单一相Ti3AlC2复合材料增强剂。
本发明充分利用元素Ti与Al、Ti与C之间的放热反应的反应热促进Ti3AlC2的合成，同现有技术中文献1相比，本发明反应时间短(仅在0.5～4小时内)，反应温度下限较低(1300～1450℃)，产物纯度高(不含Al2O3等杂质)，无需加压，操作方便、工艺简单。
Claims (1)
1.一种Ti3AlC2复合材料增强剂的制备方法，其特征在于：以Ti粉，Al粉和C粉为原料，其摩尔比为Ti∶Al∶C＝3∶1～1.2∶1.6～2.1，将所述原料经球磨10～20小时混合均匀后密封在氮化硼或石墨坩埚中，然后放入流动Ar气做保护气的SiC管式炉中，以5～40℃/min升温速为率升温至1300～1450℃，然后在相应温度下经固-液相反应0.5～4小时。
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