[发明专利]一种Ti3SnC2陶瓷粉末的制备方法及其制得的陶瓷粉末

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料领域，且特别涉及一种Ti₃SnC₂陶瓷粉末的制备方法及其制得的陶瓷粉末。

背景技术

美国德雷塞尔大学的Barsoum教授在2000年时提出“MAX相”这一概念，MAX相是M_n+1AX_n相(n＝1,2or3)的缩写。其中M代表一类早期过渡金属元素，A代表一些第三或第四主族元素，X是C或N。由于这类MAX化合物具有特殊的立方层状结构，M₆X层和A层交替排列，使其兼具陶瓷和金属的优良性能，如低密度、高熔点、良好的导电导热性、高弹性模量、高断裂韧性、耐氧化、耐热震、易加工且有良好的自润滑性。在高温结构陶瓷、电刷和电极材料、可加工陶瓷材料、自润滑材料等领域有着广泛的应用前景。因此其自被发现后就受到国内外研究者的广泛重视。

在MAX相陶瓷材料中，Ti₃SiC₂的研究最为广泛,Ti₃AlC₂、Cr₂AlC、Ti₂AlC目前已有较多的报导和应用，但Ti₃SnC₂却极少涉及。而Ti₃SnC₂除具有MAX相陶瓷材料的共同特性外，Ti₃SnC₂还具有较为特殊的性能。一般的MAX相的硬度范围为1.4-8GPa，且硬度具有各项异性，而Ti₃SnC₂的硬度约为9.3GPa，大于绝大多数的MAX相陶瓷。此外Ti₃SnC₂还具有较低的剪切模量/体积模量比，具有良好的断裂韧性和疲劳强度。

现有技术中，Sylvan Dubois等(J Am Ceram Soc 90卷2642-2644页)利用热等静压技术在1315℃下制备了Ti₃SnC₂。但是，该技术需要在高温高压条件下进行，其对设备要求高，工艺复杂，且产物中还含有大量的TiC和Ti₂SnC等杂质。而传统的无压烧结也需要将原料先进行合金化，由于合金化过程中形成多种晶相结构，使烧结产物中含有大量的杂质相。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ti₃SnC₂陶瓷粉末的制备方法，该方法于常压下进行，工艺简单，能耗低，反应迅速，且制得的产品纯度高、活性好，适于工业化生产。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制得的陶瓷粉末，其加工方便、易于烧结，且纯度高、活性高，导电及导热性能优良。

本发明的实施例是这样实现的：

一种Ti₃SnC₂陶瓷粉末的制备方法，包括：

将原料混匀后以400-800r/min的转速第一次球磨2.5-3.5h，得球磨活化粉体；将球磨活化粉体进行自蔓延反应得块状产物；将块状产物以250-350r/min的转速第二次球磨2.5-3.5h。

原料按重量份数计包括2.95-3.05份的Ti粉、0.6-1份的Sn粉、0.2-0.6份的Al粉以及1.95-2.05份的C粉。

一种Ti₃SnC₂陶瓷粉末，其根据上述的Ti₃SnC₂陶瓷粉末的制备方法制得。

本发明实施例的有益效果是：

本发明提供的Ti₃SnC₂陶瓷粉末的制备方法，该方法于常压下进行自蔓延反应，其通过自身反应放热维持反应的进行，能耗低，工艺简单，反应迅速。将原料经过高速球磨活化，一方面能够使原料的粒径减小使其获得纳米尺度，增强反应物的活性；另一方面，能够除去原料表面的钝化膜，诱发位错、空位等结构缺陷，导致晶格畸变，增加内能和表面能，进而改变反应活性，促进自蔓延高温合成反应。原料中加入Al粉用于固定晶格、细化晶粒，并取代部分Sn粉形成固溶体，能够提高制得产品的活性，降低烧结活化能；利用自蔓延反应过程中较大的热梯度和冷凝速度，改善Al熔体对C的浸润性，提高反应物的纯度，利于MAX相的形成。