本發(fā)明涉及三元層狀化合物陶瓷粉體的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，一類具有層狀結(jié)構(gòu)的新型陶瓷材料三元Mn+1AXn(M為過渡金屬，A為主族元素，X為C或N，n＝1～3)相化合物得到廣大材料科學(xué)工作者的青睞，成為了研究熱點(diǎn)。Ti2SnC三元陶瓷是Mn+1AXn中的211相，兼有金屬和陶瓷的優(yōu)良性能，具有良好的導(dǎo)電性(14×106Ω-1·K-1)和低硬度(3.5GPa)、優(yōu)良的抗氧化性和抗熱震性、較高的自潤(rùn)滑性和耐腐蝕性、較好的機(jī)械加工性等。
目前關(guān)于Ti2SnC的合成主要為熱壓(HP)、熱等靜壓(HIP)以及無壓燒結(jié)等方法。M.W.Barsoum等人(Prog.Solid.St.Chem,28(2000)201)以Ti粉、Sn粉、C粉為原料，將Ti/Sn/C按化學(xué)計(jì)量比(2:1:1)利用熱等靜壓技術(shù)于氬氣氛中40MPa壓力及1250℃的條件下保溫4h合成了致密的塊體Ti2SnC材料。Li等人(Mater.Lett,60(2006)3530)以Ti/Sn/C為原料在1250℃的溫度下無壓燒結(jié)0.5小時(shí)合成了Ti2SnC材料。從目前的研究情況來看，此類材料存在合成溫度高、加熱時(shí)間長(zhǎng)、耗能高、成本高以及工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。極大的限制了陶瓷粉體材料的推廣和應(yīng)用，很難形成工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化。
在已公開專利“一種Ti2SnC陶瓷粉體材料的制備方法”(公開號(hào)：104211402A)中自蔓延燃燒制備Ti2SnC陶瓷粉體材料，但是根據(jù)Yuxin Li,Peikang Bai,在“The microstructural evolution of Ti2SnC from Sn-Ti-C system by self-propagating high-temperature synthesis”中報(bào)道自蔓延合成的最高溫度約為1900℃左右，超過了Ti2SnC的合成溫度1200℃，造成部分Ti2SnC分解，導(dǎo)致Ti2SnC陶瓷粉體材料中Ti2SnC的含量降低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的要解決現(xiàn)有技術(shù)制備得到的Ti2SnC陶瓷粉體材料中Ti2SnC的含量低的問題，而提供一種Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法。
一種Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法，具體是按以下步驟完成的：
一、稱料：按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:(0.8～1.5):(0.6～1.2):(0～0.5)稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉；
二：混料：將步驟一稱取的Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉與瑪瑙球按的球料比10:1放入球磨罐中，以無水乙醇作為分散劑球磨混合10h～40h，得到混合后的粉末；
三、干燥：將混合后的粉末放入真空烘箱中烘干，得到烘干后的粉末；
四、制坯：將烘干后的粉末放入冷壓磨具中，在5MPa～10MPa的壓力下壓制，制成相對(duì)密度為40％～60％的預(yù)制坯；
五、自蔓延燃燒：將相對(duì)密度為40％～60％的預(yù)制坯放入燃燒反應(yīng)器中，在氬氣作為保護(hù)氣的條件下，燃燒反應(yīng)器內(nèi)壓力0.01MPa，在相對(duì)密度為40％～60％的預(yù)制坯的上表面中心點(diǎn)火，進(jìn)行自蔓延燃燒合成反應(yīng)，冷卻至室溫后，得到自蔓延燃燒塊體；
六、粉碎、過篩：將自蔓延燃燒塊體進(jìn)行研磨粉碎，過篩后得到Ti2SnC陶瓷粉體。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)：
一、本發(fā)明先將烘干后的粉末制成預(yù)制坯，并且規(guī)定預(yù)制坯的相對(duì)密度，預(yù)制坯的相對(duì)密度對(duì)材料的空隙有很大的影響，產(chǎn)生空隙的原因?yàn)槿紵^程中液相的收縮和氣相的揮發(fā)，材料在反應(yīng)過程中Sn的熔點(diǎn)較低想變成液相流出包裹在外表面，不利于反應(yīng)合成，預(yù)先將材料制備成預(yù)制坯可以控制Sn的流出，同時(shí)也可以控制高溫時(shí)Sn的揮發(fā)。
二、本發(fā)明Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法利用燃燒合成工藝，以低成本的鈦粉、錫粉和碳粉為原料，此外還添加少量的TiC粉，TiC粉有助于降低反應(yīng)溫度，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，降低Ti2SnC分解，達(dá)到提高Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量的目的。
附圖說明
圖1是實(shí)施例3制備的Ti2SnC陶瓷粉體的XRD圖，圖中表示Ti2SnC，圖中◆表示TiC，圖中●表示TixSny。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式是一種Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法，具體是按以下步驟完成的：
一、稱料：按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:(0.8～1.5):(0.6～1.2):(0～0.5)稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉；
二：混料：將步驟一稱取的Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉與瑪瑙球按的球料比10:1放入球磨罐中，以無水乙醇作為分散劑球磨混合10h～40h，得到混合后的粉末；
三、干燥：將混合后的粉末放入真空烘箱中烘干，得到烘干后的粉末；
四、制坯：將烘干后的粉末放入冷壓磨具中，在5MPa～10MPa的壓力下壓制，制成相對(duì)密度為40％～60％的預(yù)制坯；
五、自蔓延燃燒：將相對(duì)密度為40％～60％的預(yù)制坯放入燃燒反應(yīng)器中，在氬氣作為保護(hù)氣的條件下，燃燒反應(yīng)器內(nèi)壓力0.01MPa，在相對(duì)密度為40％～60％的預(yù)制坯的上表面中心點(diǎn)火，進(jìn)行自蔓延燃燒合成反應(yīng)，冷卻至室溫后，得到自蔓延燃燒塊體；
六、粉碎、過篩：將自蔓延燃燒塊體進(jìn)行研磨粉碎，過篩后得到Ti2SnC陶瓷粉體。
本實(shí)施方式中的Ti粉的粒度為300目，純度為99％以上；Sn粉的粒度為300目，純度為99％以上。
本實(shí)施方式先將烘干后的粉末制成預(yù)制坯，并且規(guī)定預(yù)制坯的相對(duì)密度，預(yù)制坯的相對(duì)密度對(duì)材料的空隙有很大的影響，產(chǎn)生空隙的原因?yàn)槿紵^程中液相的收縮和氣相的揮發(fā)，材料在反應(yīng)過程中Sn的熔點(diǎn)較低想變成液相流出包裹在外表面，不利于反應(yīng)合成，預(yù)先將材料制備成預(yù)制坯可以控制Sn的流出，同時(shí)也可以控制高溫時(shí)Sn的揮發(fā)。
本實(shí)施方式Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法利用燃燒合成工藝，以低成本的鈦粉、錫粉和碳粉為原料，此外還添加少量的TiC粉，TiC粉有助于降低反應(yīng)溫度，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，降低Ti2SnC分解，達(dá)到提高Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量的目的。
具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是：步驟一中當(dāng)稱取原料不包含TiC粉時(shí)，按摩爾比為Ti:Sn:C＝2:1:1稱取Ti粉、Sn粉和C粉。其他與具體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二之一不同點(diǎn)是：當(dāng)步驟四中預(yù)制坯的相對(duì)密度為40％時(shí)，步驟六中得到的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量達(dá)到85％以上。其他與具體實(shí)施方式一或二相同。
具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同點(diǎn)是：步驟一中按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:1.0:0.9:0.2稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉。其他與具體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或四之一不同點(diǎn)是：當(dāng)步驟四中預(yù)制坯的相對(duì)密度為60％時(shí)，步驟六中得到的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量達(dá)到87％以上。其他與具體實(shí)施方式一或四相同。
具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同點(diǎn)是：步驟一中按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:1.05:1.1:0.1稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉。其他與具體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或六之一不同點(diǎn)是：當(dāng)步驟四中預(yù)制坯的相對(duì)密度為55％時(shí)，步驟六中得到的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量達(dá)到89％以上。其他與具體實(shí)施方式一或六相同。
具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同點(diǎn)是：步驟一中按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:1.1:0.8:0.4稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉。其他與具體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式九：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或八之一不同點(diǎn)是：當(dāng)步驟四中預(yù)制坯的相對(duì)密度為50％時(shí)，步驟六中得到的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量達(dá)到86％以上。其他與具體實(shí)施方式一或八相同。
本發(fā)明內(nèi)容不僅限于上述各實(shí)施方式的內(nèi)容，其中一個(gè)或幾個(gè)具體實(shí)施方式的組合同樣也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)明的目的。
采用下述試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果
實(shí)施例1：一種Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法，具體是按以下步驟完成的：
一、稱料：按摩爾比為Ti:Sn:C＝2:1:1稱取Ti粉、Sn粉和C粉；
二：混料：將步驟一稱取的Ti粉、Sn粉和C粉與瑪瑙球按的球料比10:1放入球磨罐中，以無水乙醇作為分散劑球磨混合12h，得到混合后的粉末；
三、干燥：將混合后的粉末放入真空烘箱中，在溫度為60℃下烘干，得到烘干后的粉末；
四、制坯：將烘干后的粉末放入冷壓磨具中，在6MPa的壓力下壓制，制成相對(duì)密度為40％的預(yù)制坯；
五、自蔓延燃燒：將相對(duì)密度為40％的預(yù)制坯放入燃燒反應(yīng)器中，在氬氣作為保護(hù)氣的條件下，燃燒反應(yīng)器內(nèi)壓力0.01MPa，在相對(duì)密度為40％的預(yù)制坯的上表面中心點(diǎn)火，進(jìn)行自蔓延燃燒合成反應(yīng)，冷卻至室溫后，得到自蔓延燃燒塊體；
六、粉碎、過篩：將自蔓延燃燒塊體進(jìn)行研磨粉碎，過篩后得到Ti2SnC陶瓷粉體。
本實(shí)施例中的Ti粉的粒度為300目，純度為99％以上；Sn粉的粒度為300目，純度為99％以上。
對(duì)本實(shí)施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體進(jìn)行檢測(cè)，可知本實(shí)施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量為85.4％。
實(shí)施例2：一種Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法，具體是按以下步驟完成的：
一、稱料：按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:1.0:0.9:0.2稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉；
二：混料：將步驟一稱取的Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉與瑪瑙球按的球料比10:1放入球磨罐中，以無水乙醇作為分散劑球磨混合10h，得到混合后的粉末；
三、干燥：將混合后的粉末放入真空烘箱中，在溫度為60℃下烘干，得到烘干后的粉末；
四、制坯：將烘干后的粉末放入冷壓磨具中，在8MPa的壓力下壓制，制成相對(duì)密度為60％的預(yù)制坯；
五、自蔓延燃燒：將相對(duì)密度為60％的預(yù)制坯放入燃燒反應(yīng)器中，在氬氣作為保護(hù)氣的條件下，燃燒反應(yīng)器內(nèi)壓力0.01MPa，在相對(duì)密度為60％的預(yù)制坯的上表面中心點(diǎn)火，進(jìn)行自蔓延燃燒合成反應(yīng)，冷卻至室溫后，得到自蔓延燃燒塊體；
六、粉碎、過篩：將自蔓延燃燒塊體進(jìn)行研磨粉碎，過篩后得到Ti2SnC陶瓷粉體。
本實(shí)施例中的Ti粉的粒度為300目，純度為99％以上；Sn粉的粒度為300目，純度為99％以上。
對(duì)本實(shí)施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體進(jìn)行檢測(cè)，可知本實(shí)施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量為87.3％。
實(shí)施例3：一種Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法，具體是按以下步驟完成的：
一、稱料：按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:1.05:1.1:0.1稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉；
二：混料：將步驟一稱取的Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉與瑪瑙球按的球料比10:1放入球磨罐中，以無水乙醇作為分散劑球磨混合24h，得到混合后的粉末；
三、干燥：將混合后的粉末放入真空烘箱中，在溫度為60℃下烘干，得到烘干后的粉末；
四、制坯：將烘干后的粉末放入冷壓磨具中，在10MPa的壓力下壓制，制成相對(duì)密度為55％的預(yù)制坯；
五、自蔓延燃燒：將相對(duì)密度為55％的預(yù)制坯放入燃燒反應(yīng)器中，在氬氣作為保護(hù)氣的條件下，燃燒反應(yīng)器內(nèi)壓力0.01MPa，在相對(duì)密度為55％的預(yù)制坯的上表面中心點(diǎn)火，進(jìn)行自蔓延燃燒合成反應(yīng)，冷卻至室溫后，得到自蔓延燃燒塊體；
六、粉碎、過篩：將自蔓延燃燒塊體進(jìn)行研磨粉碎，過篩后得到Ti2SnC陶瓷粉體。
本實(shí)施例中的Ti粉的粒度為300目，純度為99％以上；Sn粉的粒度為300目，純度為99％以上。
對(duì)本實(shí)施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體進(jìn)行X射線衍射檢測(cè)，如圖1所示，圖1是實(shí)施例3制備的Ti2SnC陶瓷粉體的XRD圖，圖中表示Ti2SnC，圖中◆表示TiC，圖中●表示TixSny，通過分析本實(shí)施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量為89.7％。
實(shí)施例4：一種Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法，具體是按以下步驟完成的：
一、稱料：按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:1.1:0.8:0.4稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉；
二：混料：將步驟一稱取的Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉與瑪瑙球按的球料比10:1放入球磨罐中，以無水乙醇作為分散劑球磨混合24h，得到混合后的粉末；
三、干燥：將混合后的粉末放入真空烘箱中，在溫度為60℃下烘干，得到烘干后的粉末；
四、制坯：將烘干后的粉末放入冷壓磨具中，在6MPa的壓力下壓制，制成相對(duì)密度為50％的預(yù)制坯；
五、自蔓延燃燒：將相對(duì)密度為50％的預(yù)制坯放入燃燒反應(yīng)器中，在氬氣作為保護(hù)氣的條件下，燃燒反應(yīng)器內(nèi)壓力0.01MPa，在相對(duì)密度為50％的預(yù)制坯的上表面中心點(diǎn)火，進(jìn)行自蔓延燃燒合成反應(yīng)，冷卻至室溫后，得到自蔓延燃燒塊體；
六、粉碎、過篩：將自蔓延燃燒塊體進(jìn)行研磨粉碎，過篩后得到Ti2SnC陶瓷粉體。
本實(shí)施例中的Ti粉的粒度為300目，純度為99％以上；Sn粉的粒度為300目，純度為99％以上。
對(duì)本實(shí)施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體進(jìn)行檢測(cè)，可知本實(shí)施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量為86.1％。