專利名稱：一種Ti₂AlN可加工材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種Ti^lN可加工材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
層狀可加工材料T^A1N具有低密度、高彈性模量、良好的可加工特性、優(yōu)異的抗 熱震性以及高韌性。目前該材料主要用在各種保護(hù)涂層方面，塊體材料很少，這主要因?yàn)?該材料難以合成。比如有人(M. W. Barsoum， M.Ali， T. El—Raghy， Metal 1. Mater. Trans. A 31A (2000) 1857)利用Ti、 A14C3、石墨為原料，在1400。C保溫40小時(shí)合成T^A1N，但 合成的Ti2AlN中存在大量雜質(zhì)，沈陽(yáng)金屬所(Z.J.Lin et al./Scripta Materialia 56(2007) 1115-1118)利用TiN、Ti和Al在1400熱壓燒結(jié)1小時(shí)制得了純度較高的Ti2AlN 材料，但該工藝溫度較高，壓力較大，難以低成本、大規(guī)模生產(chǎn)。

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Ti2AlN可加工材料及 其制備方法，通過(guò)在N2下高能球磨形成非晶化的TiAIN粉體，然后對(duì)該粉體進(jìn)行熱壓燒結(jié)， 在較低的溫度和壓力下合成了高純度Ti2AlN，該工藝方法簡(jiǎn)單，易于產(chǎn)業(yè)化，而且制造成本 低。 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)的一種T^A1N可加工材料，其 原料的重量組成成分為Ti :55. 89-78%， Al :22-44. 11%。
—種Ti2AlN可加工材料的制備方法，步驟如下 —、首先按質(zhì)量百分比將250-325目的78-55. 89 %的Ti粉，100-200目的 22-44. 11%的Al粉充分混合; 二、在上述混合物中加入混合物質(zhì)量0. 5_1%的硬脂酸鈉分散劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn) 行高能球磨，使其非晶化，行星式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為500-800轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為l : 10， 球磨40-60小時(shí)，形成主晶相為TiAIN的非晶粉體；
三、將上述合金化非晶粉體在50-8(TC下干燥4-5小時(shí)； 四、將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣、真空或氮?dú)鈼l件下以900-120(TC， 10-30MPa的壓力熱壓燒結(jié)1-2小時(shí)即可得到Ti2AlN可加工材料。 本發(fā)明利用Ti粉、A1粉以及少量添加劑經(jīng)高能球磨非晶化后，原位反應(yīng)生成超細(xì) 化甚至納米化Ti2AlN材料，燒成溫度低，壓力小，純度高，制備成本較低，拓寬了該復(fù)合材料 的制備工藝。


圖1是實(shí)施例一高能球磨過(guò)程的XRD分析結(jié)果圖。
圖2是實(shí)施例一為IIO(TC燒結(jié)試樣的XRD分析結(jié)果圖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例一 —種Ti2AlN可加工材料，其原料組成為325目的Ti粉占總重量的78% 、200目的 Al粉占22%。 本實(shí)施例的制造方法，包括以下步驟 —、將占總重量78%的325目的Ti粉和22%的200目的Al粉充分混合； 二、在上述混合物中加入混合物質(zhì)量1. 0%的硬脂酸鈉分敷劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行
高能球磨，使其非晶化，行星式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : IO，球磨
40小時(shí)，形成主晶相為TiAIN的非晶粉體； 三、將上述合金化非晶粉體在5(TC下干燥5小時(shí)； 四、將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣條件下以110(TC，10MPa的壓力熱壓 燒結(jié)1. 5小時(shí)即可得到Ti2AlN可加工材料。 本實(shí)施例其高能球磨及熱壓燒結(jié)所得材料的物相分析結(jié)果如圖l和圖2所示，圖1 為高能球磨過(guò)程的XRD分析結(jié)果圖，可以看出隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，合成了非晶化的TiAlN 粉體，其中縱坐標(biāo)為衍射峰強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為衍射角，單位為度；圖2為110(TC燒結(jié)試樣的XRD 分析結(jié)果圖，由圖可以看出，該材料主要物相為Ti2AlN，含有少量Ti2AlN相，其中縱坐標(biāo)為
衍射峰強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為衍射角，單位為度。
實(shí)施例二 —種Ti2AlN可加工材料，其原料組成為270目的Ti粉占總重量的61. 73%、200 目的A1粉占38. 27%。 本實(shí)施例的制造方法，包括以下步驟 —、將占總重量61. 73%的270目的Ti粉和38. 27%的200目的Al粉充分混合；
二、在上述混合物中加入混合物質(zhì)量0. 6%的硬脂酸鈉分散劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行 高能球磨，使其非晶化，行星式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : IO，球磨 45小時(shí)，形成主晶相為TiAlN的非晶粉體；
三、將上述合金化非晶粉體在6(TC下干燥4. 5小時(shí)； 四、將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣條件下以100(TC，15MPa的壓力熱壓 燒結(jié)1小時(shí)即可得到Ti^lN可加工材料。
實(shí)施例三 —種Ti2AlN可加工材料，其原料組成為325目的Ti粉占總重量的59. 65% 、100 目的A1粉占40. 35%。 本實(shí)施例的制造方法，包括以下步驟 —、將占總重量59. 65%的325目的Ti粉和40. 35%的100目的Al粉充分混合；
二、在上述混合物中加入混合物質(zhì)量0. 7%的硬脂酸鈉分散劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行 高能球磨，使其非晶化，行星式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為700轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : IO，球磨 50小時(shí)，形成主晶相為TiAlN的非晶粉體；
三、將上述合金化非晶粉體在8(TC下干燥4小時(shí)； 四、將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣條件下以120(TC，20MPa的壓力熱壓 燒結(jié)1小時(shí)即可得到Ti^lN可加工材料。
實(shí)施例四 —種Ti2AlN可加工材料，其原料組成為230目的Ti粉占總重量的57. 71% 、140 目的A1粉占42. 29%。 本實(shí)施例的制造方法，包括以下步驟 —、將占總重量57. 71 %的230目的Ti粉和42. 29%的140目的Al粉充分混合；
二、在上述混合物中加入混合物質(zhì)量0. 8%的硬脂酸鈉分散劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行 高能球磨，使其非晶化，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 40小時(shí)，形成主晶相為TiAlN的非晶粉體；
三、將上述合金化非晶粉體在50。C下干燥5小時(shí)； 四、將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣條件下以125(TC，10MPa的壓力熱壓 燒結(jié)1小時(shí)即可得到Ti^lN可加工材料。
實(shí)施例五 —種Ti2AlN可加工材料，其原料組成為250目的Ti粉占總重量的55. 89% 、100 目的A1粉占44. 10%。 本實(shí)施例的制造方法，包括以下步驟 —、將占總重量55. 89%的250目的Ti粉和44. 10%的100目的Al粉充分混合；
二、在上述混合物中加入混合物質(zhì)量0. 9%的硬脂酸鈉分散劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行 高能球磨，使其非晶化，行星式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為700轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : IO，球磨 50小時(shí)，形成主晶相為TiAlN的非晶粉體；
三、將上述合金化非晶粉體在7(TC下干燥4小時(shí)； 四、將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣條件下以115(TC，20MPa的壓力熱壓 燒結(jié)1小時(shí)即可得到Ti^lN可加工材料。
權(quán)利要求
一種Ti2AlN可加工材料，其特征在于，其原料的重量組成成分為Ti55.89-78％，Al22-44.11％。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ti^lN可加工材料，其特征在于，其原料的重量組成成 分為325目的Ti粉占總重量的78X、200目的A1粉占22X。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ti2AlN可加工材料，其特征在于，其原料的重量組成成 分為270目的Ti粉占總重量的61.73X、200目的A1粉占38. 27%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種Ti2AlN可加工材料，其特征在于，其原料的重量組成成 分為250目的Ti粉占總重量的55.89X、100目的A1粉占44. 10%。
5. —種Ti2AlN可加工材料的制備方法，其特征在于，步驟如下一、 首先按質(zhì)量百分比將250-325目的78-55. 89X的Ti粉，100-200目的22-44. 11% 的Al粉充分混合；二、 在上述混合物中加入混合物質(zhì)量0. 5-1%的硬脂酸鈉分散劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行高 能球磨，使其非晶化，行星式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為500-800轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為l : IO，球磨 40-60小時(shí)，形成主晶相為TiAlN的非晶粉體；三、 將上述合金化非晶粉體在50-80。C下干燥4-5小時(shí)；四、 將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣或真空或氮?dú)鈼l件下以900-120(TC， 10-30MPa的壓力熱壓燒結(jié)1-2小時(shí)即可得到Ti2AlN可加工材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種Ti2AlN可加工材料的制備方法，其特征在于，步驟如下一、 將占總重量78%的325目的Ti粉和22%的200目的Al粉充分混合；二、 在上述混合物中加入混合物質(zhì)量1. 0%的硬脂酸鈉分敷劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行高能 球磨，使其非晶化，行星式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : 10，球磨40小 時(shí)，形成主晶相為TiAlN的非晶粉體；三、 將上述合金化非晶粉體在5(TC下干燥5小時(shí)；四、 將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣條件下以110(TC，10MPa的壓力熱壓燒結(jié) 1. 5小時(shí)即可得到Ti2AlN可加工材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種Ti2AlN可加工材料的制備方法，其特征在于，步驟如下一、 將占總重量61. 73%的270目的Ti粉和38. 27%的200目的Al粉充分混合；二、 在上述混合物中加入混合物質(zhì)量0. 6%的硬脂酸鈉分散劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行高能 球磨，使其非晶化，行星式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : 10，球磨45小 時(shí)，形成主晶相為TiAlN的非晶粉體；三、 將上述合金化非晶粉體在6(TC下干燥4. 5小時(shí)；四、 將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣條件下以100(TC，15MPa的壓力熱壓燒結(jié) 1小時(shí)即可得到Ti^lN可加工材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種Ti2AlN可加工材料的制備方法，其特征在于，步驟如下一、 將占總重量55. 89%的250目的Ti粉和44. 10%的100目的Al粉充分混合；二、 在上述混合物中加入混合物質(zhì)量0. 9%的硬脂酸鈉分散劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行高能 球磨，使其非晶化，行星式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為700轉(zhuǎn)每分鐘，料球質(zhì)量比為1 : 10，球磨50小 時(shí)，形成主晶相為TiAlN的非晶粉體；三、 將上述合金化非晶粉體在7(TC下干燥4小時(shí)；四、將干燥后的粉體裝入石墨磨具中，在氬氣條件下以115(TC，20MPa的壓力熱壓燒結(jié) 1小時(shí)即可得到Ti^lN可加工材料。
全文摘要
一種Ti2AlN可加工材料及其制備方法，首先按質(zhì)量百分比將78-55.89％的Ti粉，22-44.11％的Al粉充分混合，然后在混合物中加入混合物質(zhì)量0.5-1％的硬脂酸鈉分散劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行高能球磨，形成非晶化的TiAlN粉體，然后對(duì)該粉體進(jìn)行熱壓燒結(jié)，在較低的溫度和壓力下合成了高純度Ti2AlN，該工藝方法簡(jiǎn)單，易于產(chǎn)業(yè)化，而且制造成本低。
文檔編號(hào)C04B35/65GK101734921SQ200910219379
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月8日
發(fā)明者周勇, 朱建鋒, 楊海波, 林營(yíng), 王芬, 白明敏, 齊國(guó)權(quán) 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)