本發(fā)明涉及三元層狀化合物陶瓷粉體的制備方法。
背景技術：
近年來，一類具有層狀結構的新型陶瓷材料三元Mn+1AXn(M為過渡金屬，A為主族元素，X為C或N，n＝1～3)相化合物得到廣大材料科學工作者的青睞，成為了研究熱點。Ti2SnC三元陶瓷是Mn+1AXn中的211相，兼有金屬和陶瓷的優(yōu)良性能，具有良好的導電性(14×106Ω-1·K-1)和低硬度(3.5GPa)、優(yōu)良的抗氧化性和抗熱震性、較高的自潤滑性和耐腐蝕性、較好的機械加工性等。
目前關于Ti2SnC的合成主要為熱壓(HP)、熱等靜壓(HIP)以及無壓燒結等方法。M.W.Barsoum等人(Prog.Solid.St.Chem,28(2000)201)以Ti粉、Sn粉、C粉為原料，將Ti/Sn/C按化學計量比(2:1:1)利用熱等靜壓技術于氬氣氛中40MPa壓力及1250℃的條件下保溫4h合成了致密的塊體Ti2SnC材料。Li等人(Mater.Lett,60(2006)3530)以Ti/Sn/C為原料在1250℃的溫度下無壓燒結0.5小時合成了Ti2SnC材料。從目前的研究情況來看，此類材料存在合成溫度高、加熱時間長、耗能高、成本高以及工藝復雜等缺點。極大的限制了陶瓷粉體材料的推廣和應用，很難形成工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化。
在已公開專利“一種Ti2SnC陶瓷粉體材料的制備方法”(公開號：104211402A)中自蔓延燃燒制備Ti2SnC陶瓷粉體材料，但是根據(jù)Yuxin Li,Peikang Bai,在“The microstructural evolution of Ti2SnC from Sn-Ti-C system by self-propagating high-temperature synthesis”中報道自蔓延合成的最高溫度約為1900℃左右，超過了Ti2SnC的合成溫度1200℃，造成部分Ti2SnC分解，導致Ti2SnC陶瓷粉體材料中Ti2SnC的含量降低。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的要解決現(xiàn)有技術制備得到的Ti2SnC陶瓷粉體材料中Ti2SnC的含量低的問題，而提供一種Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法。
一種Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法，具體是按以下步驟完成的：
一、稱料：按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:(0.8～1.5):(0.6～1.2):(0～0.5)稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉；
二：混料：將步驟一稱取的Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉與瑪瑙球按的球料比10:1放入球磨罐中，以無水乙醇作為分散劑球磨混合10h～40h，得到混合后的粉末；
三、干燥：將混合后的粉末放入真空烘箱中烘干，得到烘干后的粉末；
四、制坯：將烘干后的粉末放入冷壓磨具中，在5MPa～10MPa的壓力下壓制，制成相對密度為40％～60％的預制坯；
五、自蔓延燃燒：將相對密度為40％～60％的預制坯放入燃燒反應器中，在氬氣作為保護氣的條件下，燃燒反應器內(nèi)壓力0.01MPa，在相對密度為40％～60％的預制坯的上表面中心點火，進行自蔓延燃燒合成反應，冷卻至室溫后，得到自蔓延燃燒塊體；
六、粉碎、過篩：將自蔓延燃燒塊體進行研磨粉碎，過篩后得到Ti2SnC陶瓷粉體。
本發(fā)明優(yōu)點：
一、本發(fā)明先將烘干后的粉末制成預制坯，并且規(guī)定預制坯的相對密度，預制坯的相對密度對材料的空隙有很大的影響，產(chǎn)生空隙的原因為燃燒過程中液相的收縮和氣相的揮發(fā)，材料在反應過程中Sn的熔點較低想變成液相流出包裹在外表面，不利于反應合成，預先將材料制備成預制坯可以控制Sn的流出，同時也可以控制高溫時Sn的揮發(fā)。
二、本發(fā)明Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法利用燃燒合成工藝，以低成本的鈦粉、錫粉和碳粉為原料，此外還添加少量的TiC粉，TiC粉有助于降低反應溫度，延長反應時間，降低Ti2SnC分解，達到提高Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量的目的。
附圖說明
圖1是實施例3制備的Ti2SnC陶瓷粉體的XRD圖，圖中表示Ti2SnC，圖中◆表示TiC，圖中●表示TixSny。
具體實施方式
具體實施方式一：本實施方式是一種Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法，具體是按以下步驟完成的：
一、稱料：按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:(0.8～1.5):(0.6～1.2):(0～0.5)稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉；
二：混料：將步驟一稱取的Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉與瑪瑙球按的球料比10:1放入球磨罐中，以無水乙醇作為分散劑球磨混合10h～40h，得到混合后的粉末；
三、干燥：將混合后的粉末放入真空烘箱中烘干，得到烘干后的粉末；
四、制坯：將烘干后的粉末放入冷壓磨具中，在5MPa～10MPa的壓力下壓制，制成相對密度為40％～60％的預制坯；
五、自蔓延燃燒：將相對密度為40％～60％的預制坯放入燃燒反應器中，在氬氣作為保護氣的條件下，燃燒反應器內(nèi)壓力0.01MPa，在相對密度為40％～60％的預制坯的上表面中心點火，進行自蔓延燃燒合成反應，冷卻至室溫后，得到自蔓延燃燒塊體；
六、粉碎、過篩：將自蔓延燃燒塊體進行研磨粉碎，過篩后得到Ti2SnC陶瓷粉體。
本實施方式中的Ti粉的粒度為300目，純度為99％以上；Sn粉的粒度為300目，純度為99％以上。
本實施方式先將烘干后的粉末制成預制坯，并且規(guī)定預制坯的相對密度，預制坯的相對密度對材料的空隙有很大的影響，產(chǎn)生空隙的原因為燃燒過程中液相的收縮和氣相的揮發(fā)，材料在反應過程中Sn的熔點較低想變成液相流出包裹在外表面，不利于反應合成，預先將材料制備成預制坯可以控制Sn的流出，同時也可以控制高溫時Sn的揮發(fā)。
本實施方式Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法利用燃燒合成工藝，以低成本的鈦粉、錫粉和碳粉為原料，此外還添加少量的TiC粉，TiC粉有助于降低反應溫度，延長反應時間，降低Ti2SnC分解，達到提高Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量的目的。
具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一的不同點是：步驟一中當稱取原料不包含TiC粉時，按摩爾比為Ti:Sn:C＝2:1:1稱取Ti粉、Sn粉和C粉。其他與具體實施方式一相同。
具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二之一不同點是：當步驟四中預制坯的相對密度為40％時，步驟六中得到的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量達到85％以上。其他與具體實施方式一或二相同。
具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一不同點是：步驟一中按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:1.0:0.9:0.2稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉。其他與具體實施方式一相同。
具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一或四之一不同點是：當步驟四中預制坯的相對密度為60％時，步驟六中得到的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量達到87％以上。其他與具體實施方式一或四相同。
具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一不同點是：步驟一中按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:1.05:1.1:0.1稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉。其他與具體實施方式一相同。
具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一或六之一不同點是：當步驟四中預制坯的相對密度為55％時，步驟六中得到的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量達到89％以上。其他與具體實施方式一或六相同。
具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一不同點是：步驟一中按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:1.1:0.8:0.4稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉。其他與具體實施方式一相同。
具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式一或八之一不同點是：當步驟四中預制坯的相對密度為50％時，步驟六中得到的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量達到86％以上。其他與具體實施方式一或八相同。
本發(fā)明內(nèi)容不僅限于上述各實施方式的內(nèi)容，其中一個或幾個具體實施方式的組合同樣也可以實現(xiàn)發(fā)明的目的。
采用下述試驗驗證本發(fā)明效果
實施例1：一種Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法，具體是按以下步驟完成的：
一、稱料：按摩爾比為Ti:Sn:C＝2:1:1稱取Ti粉、Sn粉和C粉；
二：混料：將步驟一稱取的Ti粉、Sn粉和C粉與瑪瑙球按的球料比10:1放入球磨罐中，以無水乙醇作為分散劑球磨混合12h，得到混合后的粉末；
三、干燥：將混合后的粉末放入真空烘箱中，在溫度為60℃下烘干，得到烘干后的粉末；
四、制坯：將烘干后的粉末放入冷壓磨具中，在6MPa的壓力下壓制，制成相對密度為40％的預制坯；
五、自蔓延燃燒：將相對密度為40％的預制坯放入燃燒反應器中，在氬氣作為保護氣的條件下，燃燒反應器內(nèi)壓力0.01MPa，在相對密度為40％的預制坯的上表面中心點火，進行自蔓延燃燒合成反應，冷卻至室溫后，得到自蔓延燃燒塊體；
六、粉碎、過篩：將自蔓延燃燒塊體進行研磨粉碎，過篩后得到Ti2SnC陶瓷粉體。
本實施例中的Ti粉的粒度為300目，純度為99％以上；Sn粉的粒度為300目，純度為99％以上。
對本實施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體進行檢測，可知本實施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量為85.4％。
實施例2：一種Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法，具體是按以下步驟完成的：
一、稱料：按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:1.0:0.9:0.2稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉；
二：混料：將步驟一稱取的Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉與瑪瑙球按的球料比10:1放入球磨罐中，以無水乙醇作為分散劑球磨混合10h，得到混合后的粉末；
三、干燥：將混合后的粉末放入真空烘箱中，在溫度為60℃下烘干，得到烘干后的粉末；
四、制坯：將烘干后的粉末放入冷壓磨具中，在8MPa的壓力下壓制，制成相對密度為60％的預制坯；
五、自蔓延燃燒：將相對密度為60％的預制坯放入燃燒反應器中，在氬氣作為保護氣的條件下，燃燒反應器內(nèi)壓力0.01MPa，在相對密度為60％的預制坯的上表面中心點火，進行自蔓延燃燒合成反應，冷卻至室溫后，得到自蔓延燃燒塊體；
六、粉碎、過篩：將自蔓延燃燒塊體進行研磨粉碎，過篩后得到Ti2SnC陶瓷粉體。
本實施例中的Ti粉的粒度為300目，純度為99％以上；Sn粉的粒度為300目，純度為99％以上。
對本實施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體進行檢測，可知本實施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量為87.3％。
實施例3：一種Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法，具體是按以下步驟完成的：
一、稱料：按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:1.05:1.1:0.1稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉；
二：混料：將步驟一稱取的Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉與瑪瑙球按的球料比10:1放入球磨罐中，以無水乙醇作為分散劑球磨混合24h，得到混合后的粉末；
三、干燥：將混合后的粉末放入真空烘箱中，在溫度為60℃下烘干，得到烘干后的粉末；
四、制坯：將烘干后的粉末放入冷壓磨具中，在10MPa的壓力下壓制，制成相對密度為55％的預制坯；
五、自蔓延燃燒：將相對密度為55％的預制坯放入燃燒反應器中，在氬氣作為保護氣的條件下，燃燒反應器內(nèi)壓力0.01MPa，在相對密度為55％的預制坯的上表面中心點火，進行自蔓延燃燒合成反應，冷卻至室溫后，得到自蔓延燃燒塊體；
六、粉碎、過篩：將自蔓延燃燒塊體進行研磨粉碎，過篩后得到Ti2SnC陶瓷粉體。
本實施例中的Ti粉的粒度為300目，純度為99％以上；Sn粉的粒度為300目，純度為99％以上。
對本實施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體進行X射線衍射檢測，如圖1所示，圖1是實施例3制備的Ti2SnC陶瓷粉體的XRD圖，圖中表示Ti2SnC，圖中◆表示TiC，圖中●表示TixSny，通過分析本實施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量為89.7％。
實施例4：一種Ti2SnC陶瓷粉體的制備方法，具體是按以下步驟完成的：
一、稱料：按摩爾比為Ti:Sn:C:TiC＝2:1.1:0.8:0.4稱取Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉；
二：混料：將步驟一稱取的Ti粉、Sn粉、C粉和TiC粉與瑪瑙球按的球料比10:1放入球磨罐中，以無水乙醇作為分散劑球磨混合24h，得到混合后的粉末；
三、干燥：將混合后的粉末放入真空烘箱中，在溫度為60℃下烘干，得到烘干后的粉末；
四、制坯：將烘干后的粉末放入冷壓磨具中，在6MPa的壓力下壓制，制成相對密度為50％的預制坯；
五、自蔓延燃燒：將相對密度為50％的預制坯放入燃燒反應器中，在氬氣作為保護氣的條件下，燃燒反應器內(nèi)壓力0.01MPa，在相對密度為50％的預制坯的上表面中心點火，進行自蔓延燃燒合成反應，冷卻至室溫后，得到自蔓延燃燒塊體；
六、粉碎、過篩：將自蔓延燃燒塊體進行研磨粉碎，過篩后得到Ti2SnC陶瓷粉體。
本實施例中的Ti粉的粒度為300目，純度為99％以上；Sn粉的粒度為300目，純度為99％以上。
對本實施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體進行檢測，可知本實施例制備的Ti2SnC陶瓷粉體中Ti2SnC的含量為86.1％。