專利名稱：一種Ti₃AlC₂/Al₂O₃復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
Ti3AlC2屬六方晶系，具有低硬度(維氏硬度約3. 5GPa)、低密度、良好的導(dǎo)電性和 導(dǎo)熱性、優(yōu)越的抗熱震性、較高的楊氏模量(297GPa)和剪切模量(124GPa)等特點(diǎn)，是一種 具有陶瓷和金屬優(yōu)點(diǎn)的導(dǎo)電性陶瓷材料；而氧化鋁A1203陶瓷具有高硬度、耐高溫、耐腐蝕 和耐磨損等優(yōu)點(diǎn)。因此兩者的復(fù)合材料Ti3AlC2/Al203兼具了二者的優(yōu)點(diǎn)，這給以氧化鋁為 代表的結(jié)構(gòu)材料功能化(導(dǎo)電、導(dǎo)熱、易加工等)帶來了曙光，因此，研發(fā)該類復(fù)合材料具有 重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 目前，該復(fù)合材料主要以Al203和Ti3Al(^兩種粉體混合進(jìn)行燒結(jié)，或者以Al、 C、 Ti02為原料高溫通過還原反應(yīng)生成Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料，但存在如反應(yīng)合成溫度高，并 在最終產(chǎn)品中或多或少的存在其它雜質(zhì)相等缺點(diǎn)，給材料的性能造成一定的影響，也無法 進(jìn)行大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。因此，今后的研究重點(diǎn)是如何采取有效的途徑，合成高純Ti3AlC2/ A1203復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種Ti3AlC2/Al203復(fù)合材 料及其制備方法，通過高能球磨與反應(yīng)燒結(jié)工藝在低溫下制備出高純度Ti3AlC2/Al203復(fù)合 材料；該材料雜質(zhì)含量低，純度較高，且該方法工藝簡單，成本低，易于進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 —種Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料，其原料重量組成成分為Ti粉占總重量的 (0-70. 89) %、A1粉占(14. 65-33. 85) %丄粉占(6. 03-12. 09) %、Ti02占(2. 37-60. 12) %。
以上原料組分按以下反應(yīng)方程式進(jìn)行設(shè)計(jì)
3(x-l)Ti+(4+x)Al+2xC+3Ti02 — xTi3AlC2+2Al203 (1) 通過改變x值就可以合成出不同A1203含量的Ti2AlC復(fù)合材料，x = 1_51. 3。如 果x大于51. 3，則生成的復(fù)合材料中A1203生成量小于產(chǎn)物質(zhì)量的2%而起不到增強(qiáng)、增韌 Ti3AlC2基體的作用。 —種Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下 一、將占總重量(0-70. 89) %的200-325目的Ti粉、(33. 85-14. 65) %的100-200 目的Al粉、(6. 03-12. 09) %的1200目的C粉禾口 (60. 12-2. 37) %的小于325目的Ti02充分 混合； 二、在混合物中加入混合物質(zhì)量0.5-1%的硬脂酸鈉分散劑，采用高能球磨，行星 式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為700-800轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : 10，球磨12-24小時(shí)，形成主晶相 為A1203、 TiAlO、 TiC的復(fù)合粉體； 三、將步驟2中球磨的復(fù)合粉體在70-8(TC下真空干燥4-5小時(shí)；
四、將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣或真空條件下以1050°C _1150°C， 10-35MPa的壓力熱壓燒結(jié)1-2小時(shí)即可得到Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料。
本發(fā)明利用Ti粉、Al粉、C粉以及Ti02粉經(jīng)高能球磨后，原位反應(yīng)生成TiC中間 物相；這種復(fù)合粉體經(jīng)熱壓燒結(jié)后形成晶相為Ti3AlC2/Al203的復(fù)合材料。由于該材料工藝 簡單，燒成溫度低，結(jié)構(gòu)均勻致密，成本較低；拓寬了該材料的制備工藝。


圖1為實(shí)施例一的XRD分析結(jié)果。 圖2為實(shí)施例一 IIO(TC燒結(jié)試樣的XRD分析結(jié)果。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例一 —種Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料，其原料重量組成成分為250目的Ti粉占總重量的 66. 25%、200目的Al粉占15. 91%、1200目的C粉占11. 70%和325目的Ti02占6. 14%。
本實(shí)施例的制備方法，包括以下步驟 —、將占總重量66. 25%的325目Ti粉、15. 91%的200目Al粉、11. 70%的1200 目C粉、6. 14%的325目Ti02充分混合； 二、在混合物中加入混合物質(zhì)量1. 0%的硬脂酸鈉分敷劑，采用高能球磨，行星式 球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為750轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : 10，球磨20小時(shí)，形成主晶相為TiC， A1203 和TiA10細(xì)小復(fù)合粉體； 三、將步驟2中球磨的復(fù)合粉體在75t:下真空干燥5小時(shí)； 四、將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在真空條件下以110(TC，12MPa的壓力熱壓 燒結(jié)1. 5小時(shí)即可得到Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料。 本實(shí)施例所制備的Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料，其中Ti3AlC2占總重量的95%， A1203 相占產(chǎn)物總質(zhì)量5%。該材料高能球磨和熱壓燒結(jié)后的物相組成如圖1和圖2所示，圖1為 Ti粉、Al粉、C粉、Ti02粉的高能球磨過程，試樣的XRD分析結(jié)果，主晶相為A1203、 TiAlO、 TiC的復(fù)合粉體；圖2為IIO(TC燒結(jié)試樣的XRD分析結(jié)果，由圖可以看出，該材料主晶相為 11^1(:2及八1203，無其它雜質(zhì)。
實(shí)施例二 —種Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料，其原料重量組成成分為270目的Ti粉占總重量的 70. 89%、170目的Al粉占14. 65%、1200目的C粉占12. 09%和的460目Ti02占2. 37%。
本實(shí)施例的制備方法，包括以下步驟 —、將占總重量70. 89%的270目Ti粉、14. 65的170目％ Al粉、12. 09%的1200 目C粉、2. 37%的460目Ti02充分混合； 二、在混合物中加入混合物質(zhì)量1. 0%的硬脂酸鈉分敷劑，采用高能球磨，行星式 球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : 10，球磨24小時(shí)，形成主晶相為TiC，A1^3 和TiAlO復(fù)合粉體； 三、將步驟2中球磨的復(fù)合粉體在8(TC下真空干燥4小時(shí)； 4)將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣條件下以105(TC，10MPa的壓力熱壓
5燒結(jié)1小時(shí)即可得到Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料。 本實(shí)施例所制備的11^化2/^1203化合物復(fù)合材料，其中Ti3AlC2占總重量的98%，
A1A相占產(chǎn)物總質(zhì)量2X。 實(shí)施例三 —種Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料，其原料重量組成成分為325目的Ti粉占總重量的 58. 75%、100目的Al粉占17. 94%、1200目的C粉占11. 06%和的325目Ti02占12. 25%。
本實(shí)施例的制備方法，包括以下步驟 —、將占總重量58. 75%的325目Ti粉、17. 94%的100目Al粉、11. 06%的1200 目C粉和12. 25%的325目Ti02充分混合； 二、在混合物中加入混合物質(zhì)量0.6%的硬脂酸鈉分散劑，采用高能球磨，行星式 球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為780轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : IO，球磨18小時(shí)，形成主晶相為TiC，A1^3 和TiAlO復(fù)合粉體； 三、將步驟2中球磨的復(fù)合粉體在8(TC下真空干燥4小時(shí)； 四、將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在真空條件下以112(TC，15MPa的壓力熱壓 燒結(jié)1. 8小時(shí)即可得到Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料。 本實(shí)施例所制備的11^化2/^1203化合物復(fù)合材料，其中Ti3AlC2占總重量的90%， 八1203相占產(chǎn)物總質(zhì)量10%。
實(shí)施例四 —種Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料，其原料重量組成成分為250目的Ti粉占總重量的 40. 53%、200目的Al粉占27. 12%、1200目的C粉占6. 99%和325目的Ti02占25. 36%。
本實(shí)施例的制備方法，包括以下步驟 —、將占總重量40. 53%的250目Ti粉、27. 12%的200目Al粉、6. 99%的1200目 C粉和25. 36 %的325目Ti02充分混合; 二、在混合物中加入混合物質(zhì)量0.5%的硬脂酸鈉分散劑，采用高能球磨，行星式 球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : 10，球磨15小時(shí)，形成主晶相為TiC，A1^3 和TiAlO復(fù)合粉體； 三、將步驟2中球磨的復(fù)合粉體在8(TC下真空干燥4. 5小時(shí)； 四、將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣或真空條件下以112(TC，20MPa的壓
力熱壓燒結(jié)1. 8小時(shí)即可得到Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料。 本實(shí)施例所制備的11^化2/^1203化合物復(fù)合材料，其中Ti3AlC2占總重量的80%， 八1203相占產(chǎn)物總質(zhì)量20%。
實(shí)施例五 —種11^化2/^1203復(fù)合材料，其原料重量組成成分為170目的A1粉占總重量的 33. 85%、1200目的C粉占6. 03%和460目的Ti02占60. 12%。
本實(shí)施例的制備方法，包括以下步驟 —、將占總重量33.85%的170目Al粉、11. 70%的1200目C粉、6. 14%的460目
Ti02充分混合； 二、在混合物中加入混合物質(zhì)量1 %的硬脂酸鈉分散劑，采用高能球磨，行星式球 磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : IO，球磨12小時(shí)，形成主晶相為TiC，AlA和TiAlO的復(fù)合粉體； 三、將步驟2中球磨的復(fù)合粉體在7(TC下真空干燥5小時(shí)； 四、將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣或真空條件下以115(TC，25MPa的壓 力熱壓燒結(jié)2小時(shí)即可得到Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料。 本實(shí)施例所制備的AlA/Ti3AlC2化合物復(fù)合材料，其中Ti3AlC2占總重量的 48. 83%，八1203相占產(chǎn)物總質(zhì)量51. 17%。
權(quán)利要求
一種Ti3AlC2/Al2O3復(fù)合材料，其特征在于，其原料重量組成成分為Ti粉占總重量的(0-70.89)％、Al粉占(14.65-33.85)％、C粉占(6.03-12.09)％、TiO2占(2.37-60.12)％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料，其特征在于，其原料重量組成 成分為一種Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料，其原料重量組成成分為250目的Ti粉占總重量的 66. 25%、200目的Al粉占15. 91%、1200目的C粉占11. 70%和325目的Ti02占6. 14%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料，其特征在于，其原料重量組成 成分為一種Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料，其原料重量組成成分為325目的Ti粉占總重量的 58. 75%、100目的Al粉占17. 94%、1200目的C粉占11.06%和的325目Ti02占12. 25%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料，其特征在于，其原料重量組成 成分為一種Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料，其原料重量組成成分為250目的Ti粉占總重量的 40. 53%、200目的Al粉占27. 12%、1200目的C粉占6. 99%和325目的Ti02占25. 36%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料，其特征在于，其原料重量組成 成分為一種Ti^l(^/AlA復(fù)合材料，其原料重量組成成分為170目的Al粉占總重量的 33. 85%、1200目的C粉占6. 03%和460目的Ti02占60. 12%。
6. —種11^化2/^1203復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，其步驟如下一、將占 總重量(0-70. 89) %的200-325目的Ti粉、(33. 85-14. 65) %的100-200目的Al粉、 (6. 03-12. 09) %的1200目的C粉和(60. 12-2. 37) %的小于325目的Ti02充分混合;二、 在混合物中加入混合物質(zhì)量0. 5-1%的硬脂酸鈉分散劑，采用高能球磨，行星式球 磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為700-800轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : 10，球磨12-24小時(shí)，形成主晶相為 A1203、 TiAlO、 TiC的復(fù)合粉體；三、 將步驟2中球磨的復(fù)合粉體在70-8(TC下真空干燥4-5小時(shí)；四、 將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣或真空條件下以1050°C -1150°C， 10-35MPa的壓力熱壓燒結(jié)1-2小時(shí)即可得到Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，其步驟如下一、將占總重量66. 25% 的325目Ti粉、15. 91 %的200目Al粉、11. 70 %的1200目C粉、6. 14 %的325目Ti02充 分混合；二、 在混合物中加入混合物質(zhì)量1. 0%的硬脂酸鈉分敷劑，采用高能球磨，行星式球磨 機(jī)的轉(zhuǎn)速為750轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : 10，球磨20小時(shí)，形成主晶相為TiC，A1^3和 TiA10細(xì)小復(fù)合粉體；三、 將步驟2中球磨的復(fù)合粉體在75t:下真空干燥5小時(shí)；四、 將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在真空條件下以110(TC，12MPa的壓力熱壓燒結(jié) 1. 5小時(shí)即可得到Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，其步驟如下一、將占總重量58. 75% 的325目Ti粉、17. 94 %的100目Al粉、11. 06 %的1200目C粉和12. 25 %的325目Ti02 充分混合；二、在混合物中加入混合物質(zhì)量0.6%的硬脂酸鈉分散劑，采用高能球磨，行星式球磨 機(jī)的轉(zhuǎn)速為780轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : 10，球磨18小時(shí)，形成主晶相為TiC，A1^3和 TiAlO復(fù)合粉體；三、 將步驟2中球磨的復(fù)合粉體在8(TC下真空干燥4小時(shí)；四、 將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在真空條件下以112(TC，15MPa的壓力熱壓燒結(jié) 1. 8小時(shí)即可得到Ti3AlC2/Al303復(fù)合材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，其步驟如下一、將占總重量40. 53% 的250目Ti粉、27. 12%的200目Al粉、6. 99%的1200目C粉和25. 36%的325目Ti02充 分混合；二、 在混合物中加入混合物質(zhì)量0.5%的硬脂酸鈉分散劑，采用高能球磨，行星式球磨 機(jī)的轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : 10，球磨15小時(shí)，形成主晶相為TiC，A1^3和 TiAlO復(fù)合粉體；三、 將步驟2中球磨的復(fù)合粉體在8(TC下真空干燥4. 5小時(shí)；四、 將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣或真空條件下以112(TC，20MPa的壓力熱 壓燒結(jié)1. 8小時(shí)即可得到Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，其步驟如下一、將占總重量 33. 85%的170目Al粉、11. 70%的1200目C粉、6. 14%的460目Ti02充分混合；二、 在混合物中加入混合物質(zhì)量1%的硬脂酸鈉分散劑，采用高能球磨，行星式球磨機(jī) 的轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : 10，球磨12小時(shí)，形成主晶相為TiC，八1203和 TiAlO的復(fù)合粉體；三、 將步驟2中球磨的復(fù)合粉體在7(TC下真空干燥5小時(shí)；四、 將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣或真空條件下以115(TC，25MPa的壓力熱 壓燒結(jié)2小時(shí)即可得到Ti3AlC2/Al203復(fù)合材料。
全文摘要
一種Ti3AlC2/Al2O3復(fù)合材料及其制備方法，將占總重量(0-70.89)％的Ti粉、(33.85-14.65)％的Al粉、(6.03-12.09)％的C粉和(60.12-2.37)％的TiO2充分混合；再在混合物中加入總質(zhì)量0.5-1％硬脂酸鈉分散劑，通過高能球磨與反應(yīng)燒結(jié)工藝能在低溫下制備出高純度Ti3AlC2/Al2O3復(fù)合材料。該材料雜質(zhì)含量低，純度較高，且該方法工藝簡單，成本低，易于進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。
文檔編號C04B35/56GK101717252SQ20091021928
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者周勇, 朱建鋒, 楊海波, 林營, 王芬, 馬曉偉, 齊國權(quán) 申請人:陜西科技大學(xué)