[发明专利]一种金属间化合物钛硅多孔材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔材料技术领域，特别是涉及一种金属间化合物钛硅多孔材料及其制备方法。

背景技术

我国航空航天技术和国防工业的快速发展，尤其是国家中长期规划大飞机工程、声速飞行器工程等国防现代化建设和国民经济建设亟需大量具有自主知识产权的先进高温结构材料及相对应的辅助材料。过渡族金属硅化物(Ti_xSi_y，Mo_xSi_y，Nb_xSi_y，等)由于其独特的性质和广泛的应用前景而受到广大研究者的关注。其中，钛的硅化物具有良好的低温韧性、高温强度、抗蠕变性、抗氧化性及低密度等优良特性，被认为是非常具有潜力的高温结构材料。同时，由于其具有良好的化学相容性和低电阻率也被广泛应用于微电子等行业。

Ti-Si系化合物主要有：Ti₃Si，Ti₅Si₃，Ti₅Si₄，TiSi和TiSi₂，其中Ti₅Si₃具有高熔点(2130℃)，低密度(4.32g/cm³)，良好的抗蠕变特性以及高的抗高温氧化性等优点而被认为是一种潜在的高温结构材料受到广泛关注，是Ti-Si系所有组分中的研究热点。但Ti₅Si₃低的室温韧性限制了其作为高温结构材料的应用进程。可喜的是Ti₅Si₃单相有较宽的成分范围，为其通过合金化或复合化改善室温韧性提供了有利条件。TiSi₂依靠其低电阻率，目前主要应用于微电子行业。而关于Ti₃Si，Ti₅Si₄和TiSi的研究还鲜见报道，对其性质还不完全了解。

合金化是通过添加置换原子和间隙原子达到改变材料的键合性质、电子结构和长程有序的程度，从而调整晶体结构，改善性能。实验结果表明通过在Ti₅Si₃中添加C、N、O、B等非金属原子，形成间隙固溶体，能够提高Ti₅Si₃的抗氧化性并减小热膨胀系数。还有研究表明，在Ti₅Si₃中添加第三种金属组元形成置换固溶体，可以达到改变Ti₅Si₃组织并改善其性能的目的。

复合化是通过向金属硅化物中添加韧性金属、氧化物、碳化物、硼化物、氮化物等陶瓷颗粒、晶须或纤维等金属延性相或陶瓷相达到改善金属硅化物性能的目的。有研究表明纳米或微米SiC增强TiC/Ti₅Si₃复合材料的断裂韧性都超过了单相Ti₅Si₃，其断裂韧性最高可达5.1MPa·m^1/2。

发展洁净煤技术，减少污染物排放，提高煤炭利用效率已成为我国，也是全世界应对气候变化的战略任务。在煤气化关键工艺装置中需要用到大量多孔过滤材料，如煤粉输送系统中的充气锥、通气管、通气板，工艺气体氮气的过滤、燃烧后混合气体的过滤，辅助系统中蒸汽、水等的过滤，以及煤化工产品及煤变油中合成油的过滤等都大量使用粉末烧结多孔材料。

煤气化技术应用的多孔材料主要有陶瓷和金属两大类。陶瓷多孔材料以其良好的耐高温、耐腐蚀性能，在洁净煤技术中得到广泛应用，但陶瓷材料具有热脆性、热震性差、压力冲击强度低等缺陷，难以保证多孔零部件的可靠性，影响设备的正常运行。近年来，金属多孔材料引起了国内外学界和产业界的广泛关注。

为了充分发挥钛硅金属间化合物材料良好的高温抗氧化性和低的密度的优点，积极应对全球气候变化，促进高能效低排放能源技术的研发和推广，服务煤炭高效利用领域，有必要开展钛硅多孔材料的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供金属间化合物钛硅多孔材料及其制备方法，解决了多种钛硅多孔材料的制备问题，并且方法简单，设备简便，合成速度快，节约能源。

本发明钛硅多孔材料中钛含量为75.0～33.3mol％，硅含量为25.0～66.7mol％。

本发明工艺为：

a.原料准备：将钛粉和硅粉按照75.0～33.3mol％Ti、25.0～66.7mol％Si的摩尔比例混合均匀；