机械合金化+热处理制备高纯Ti3SiC2粉体

　　Ti3SiC2是 Ti-Si-C 系统中唯一的三元化合物，兼有金属和陶瓷的优点，象金属一样，它是极好的电和热的导体，而且 Ti3SiC2很柔软，易加工，抗热震性强，在高温时表现出塑性;象陶瓷一样，具有良好的抗氧化性和耐腐蚀性。

　　Ti3SiC2的合成制备方法主要有化学气相沉积[1]、热压烧结合成法[2]、热等静压烧结合成法[3]和放电等离子烧结[4]等。 虽然采用化学气相沉积法可以制得纯度较高的 Ti3SiC2， 但是成本较高，仅限于实验室合成。 热压烧结和热等静压烧结合成方法需要较高的温度，难以大规模生产。

　　机械合金化是一种成本低廉的合成技术，非常适合于大规模生产。 文献[5]采用实时测温设备证明了 3Ti/Si/2C 粉体的机械合金化过程中发生燃烧反应，可合成含有 TiC 和 Ti3SiC2的混合粉体。 单纯的机械合金化方法合成的粉体产物中 Ti3SiC2含量一般都比较低[6-7]，通常含有较大量的 TiC。 在先前的研究[8]中，作者发现，加入适量 Al 可显著促进机械合金化合成 Ti3SiC2， 从而提高 产物中Ti3SiC2含量。

　　虽然在以往的研究中，合成了高纯度、高致密的 Ti3SiC2块体陶瓷材料[9-10]，但是对于合成高纯度 的 Ti3SiC2粉 体 材 料 鲜 有 研 究 。 本 文 以3Ti/Si/2C/0.2Al 粉体为原料 ， 机械合金化制备Ti3SiC2和 TiC 的混合粉体，然后对混合粉体进行真空热处理，合成了高纯度的 Ti3SiC2粉体材料。

　　1 实验过程

　　实验所用原料：Ti 粉(纯度 >99.0%，平均粒度为80μm)，Si 粉(纯度 >99.6%，平均粒度为50μm)，C粉(纯度>99.0%，平均粒度为 50μm)，Al 粉(含量>99.0 % ， 平均粒度为 20 μm)。 原料粉体按照3Ti/Si/2C/0.2Al 物质的量比进行称量， 在充满氩气的手套箱中连同磨球装进球磨罐中，在行星式球磨机上进行机械合金化。 其中磨球直径为 10mm，球料比为 15∶1，转速为 300r/min，每隔 1h 取一次粉。 将混合粉体产物于真空碳管炉内分别在 1100、1150 和 1200 ℃进行热处理， 保温时间均为 2 h，真空度 2～3Pa。

　　采用 D/MAX2500PC 转靶 X 射线多晶衍射仪： 对产物粉末进行物相分析 (Cukα 辐射);用KYKY-2800 型扫描电子显微镜研究和分析产物粉体的外观形貌。

　　2 实验结果与讨论

　　2.1 机械合金化合成含 Ti3SiC2的粉体

　　图 1 是 3Ti/Si/2C/0.2Al 粉体机械合金化粉体产物 XRD 衍射图谱。 球磨仅 1h，XRD 图上的石墨衍射峰消失， 这是由于石墨变成了非晶。 随着球磨时间的延长，Ti 和 Si 的单质衍射峰逐渐宽化，强度逐渐降低。而 Ti 峰逐渐向高角偏移，形成了 Ti(Si)过饱和固溶体。球磨至 4h，单质峰完全消失，出现了 Ti3SiC2和 TiC 峰，说明原料粉体发生了自蔓延反应，生成了 Ti3SiC2和 TiC 的混合粉体。