[发明专利]含TiC颗粒增强三元化合物基柔性多孔陶瓷材料及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料，特别涉及含TiC颗粒增强三元化合物基柔性多孔陶瓷材料及其制作方法。

背景技术

多孔材料是可持续发展和促进环境友好型工业发展的重要支撑之一。多孔材料由于具有一定孔径范围分布的孔隙，较大的比表面积，吸附容量和许多特殊的性能，可实现过滤、分离、节流、催化反应、隔音，隔热，抗震、吸附 多种功能，广泛应用于医药、化工、冶金、海水淡化以及环境保护 各个领域。特别是，当前随着过程工业的飞速发展，能源短缺、资源短缺和环境污染 问题日趋严重，多孔材料在过滤领域的应用对于提高工业生产效率、节约能源、保障环境友好和资源的再利用有着重大意义。目前国内外能够工业应用的多孔过滤材料主要有高分子材料和无机材料（包括陶瓷材料和金属材料）。这些传统的多孔过滤材料已广泛应用于冶金、水处理、食品、医药、生物和废液废气处理 领域。

然而，高分子多孔材料存在抗高温高压性能差，不耐有机溶剂，抗环境腐蚀性能不足以及力学性能不足 缺陷，从而限制了这类材料只能局限于环境较为友好的水处理和生物 领域的应用。相比于高分子多孔材料，无机多孔材料具有明显的材料性能优势。金属多孔材料，如Ti基合金、Ni基合金、以及316L不锈钢 ，具有良好的力学性能和可焊接密封性能；但是，金属材料耐酸碱腐蚀性能较差、抗硬质颗粒的磨损性能不足以及抗高温氧化性能差，极大的限制了此类材料广泛应用。多孔陶瓷材料，如Al2O3、SiO2、SiC、TiO2、ZrO2 ，弥补了金属多孔材料抗腐蚀性能的不足，具有耐高温、耐高压和耐环境腐蚀 优异性能，广泛应用于过程工业、化工与石油化工 领域；但是，陶瓷材料差的抗热冲击性、脆性和难以机加工 缺陷，制约着其应用领域的扩展。

Ti3MC2（M包括Si或Al ）三元化合物陶瓷，具有良好的导热导电性和耐腐蚀性能。与传统陶瓷材料不同的是， Ti3SiC2或Ti3AlC2陶瓷具有良好的韧性和可加工性能，以及抗热冲击性能。然而，这种材料相对较低的硬度和固有的层状结构，使其在受到硬质颗粒的磨削力时较易磨损，特别是将其制备成多孔材料后，其磨损性能进一步恶化，大大降低了这种材料的使用寿命。

TiC陶瓷具有高的硬度和强度，这种硬质陶瓷同样具有良好的导电性能和耐环境腐蚀性能。与Ti3MC2三元化合物陶瓷不同的是，它具有优异的抗磨损性能。然而，TiC陶瓷高的硬度和脆性导致其难以机加工，以及难与其他组件焊接密封。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种含TiC颗粒增强三元化合物基柔性多孔陶瓷材料及其制作方法，即一种TiC颗粒增强Ti3MC2三元化合物基柔性多孔陶瓷材料，以解决金属多孔材料存在的耐腐蚀性差、抗高温氧化能力差和耐磨损性不足 缺陷，以及传统多孔陶瓷材料存在的抗热冲击能力差、脆性和难以机加工 问题。

一种含TiC颗粒增强三元化合物基柔性多孔陶瓷材料，按照原子数量比如下：Ti  45%-65% 、C 40%-25%  M 15%-10%。

一种含TiC颗粒增强三元化合物基柔性多孔陶瓷材料的制作方法，包括以下步骤：

（1）配料混合：选取分解温度在380℃以下的碳酸盐或碳酸氢盐粉，如NH4HCO3粉、(NH4)2CO3粉和MgCO3粉 、TiH2粉、TiC粉、M粉为原料，将各原料粉末采用泰勒标准筛进行筛分，筛分时间60--120分钟，各原料粉末的选择粒度如下：碳酸盐粉-80目及以下，TiH2粉-200目及以下，TiC粉-400目，元素M粉-325目及以下，将各原料粉末按如下成分配比进行配料按各物料的原子百分比 at.%，下同：碳酸盐：5%--15%，TiH2：35%--20%， TiC：35%--50%，元素M：10%--15%，将配好的物料放入球磨机进行混合，球磨气氛为真空或惰性气体保护，球料比为1:1--3:1，球磨时间6--8小时；

（2）混合粉末冷压成形，将混合好的粉末采用冷压成形设备进行压制，设备包括液压机或 静压机 ，压制压力控制在150--450MPa，保压时间为10--30秒；

（3）碳酸盐分解造孔，将成形冷压坯进行低温分解，所用设备为脱脂炉、氢气炉或氮气炉 ，分解温度为150--350℃，升温速率控制在3--5min/s，分解时间为30--60分钟，分解完后随炉冷却，在此阶段，进行如下反应： 

MeCO3 → MeO ＋ CO2↑

MeHCO3 → MeO＋H2O↑＋ CO2↑

Me包括NH4+，Mg2+，碳酸盐的分解造成CO2或水蒸气释放，将在坯体中形成一部分颗粒间隙孔隙；