[發明專利]一種快速制備各向異性氮化鈦陶瓷塊體材料的方法

有效

• 申請號: 201810427772.1
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108585879B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 史忠旗;王生凱;張哲健;楊必果;張曉鈺;夏鴻雁;王紅潔
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/645;C04B35/622
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種快速制備各向異性氮化鈦陶瓷塊體材料的方法，屬于陶瓷材料技術領域。采用的技術方案為：先將沿(00l)晶面擇優取向的Ti₂AlN陶瓷塊體材料放入熱壓石墨模具中，再將石墨模具置于放電等離子燒結爐腔體中，燒結爐腔體抽真空至氣壓小于0.01Pa，施加軸向壓力，并快速升溫至燒結溫度并保溫；保溫結束后隨爐冷卻，溫度降至室溫時卸壓，完成燒結過程，制得各向異性氮化鈦陶瓷塊體材料。本發明操作流程簡單，方法新穎，制備快捷，經該方法制備出的氮化鈦陶瓷材料性能表現出明顯的各向異性。

技術領域

本發明屬于陶瓷材料技術領域，具體涉及一種快速制備各向異性氮化鈦陶瓷塊體材料的方法。

背景技術

氮化鈦(TiN)陶瓷材料是一種具有面心立方結構的新型多功能陶瓷材料，由于其具有高熔點、高硬度、良好的導電性等特點，廣泛應用在高溫、極大摩擦力的工作環境下，也可作為熔鹽電解的電極以及電觸頭使用，已經在民用、航空航天等領域發揮了非常重要的作用。

由于氮化鈦陶瓷較難燒結，因此在制備氮化鈦陶瓷時一般是直接將活性較高的納米氮化鈦粉等在高溫下進行熱壓燒結制備，產物致密度較高、性能較好，但存在保溫時間過長、原料成本過高等問題。

另外，氮化鈦陶瓷晶體結構本身存在各向異性，導致不同晶面的性能也有很大區別。如文獻(Journal of Applied Physics,1996,80(12):6725-6733.)報道，氮化鈦陶瓷不同晶面力學性能有如下規律：(111)(001)(011)，表現出明顯的各向異性特征。因此，若采用一定的微結構調控手段，使氮化鈦陶瓷材料的微觀結構中，各向異性的氮化鈦晶粒沿著某些特定方向規則排列，就可使材料特定方向上的性能得到增強。然而，目前燒結制備的氮化鈦陶瓷材料其晶粒均表現為隨機取向特征，這使得氮化鈦陶瓷材料在特定方向的性能無法得到顯著提高。目前，對于各向異性氮化鈦陶瓷的制備，基本采用的是化學氣相沉積的方法(Materials Transactions,2009,50(8):2028-2034)或抽濾結合高溫氮化處理的方法(如專利“一種各向異性氮化鈦陶瓷薄膜及其制備方法”，公開號：CN106848226A)獲得，產物只能為厚度很薄的各向異性氮化鈦陶瓷薄膜材料，尚不能獲得各向異性TiN陶瓷塊體材料。因此，尋找一種簡單快捷的制備各向異性氮化鈦陶瓷塊體材料的方法對于提升傳統氮化鈦陶瓷材料的性能、擴展其應用領域至關重要。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種快速制備各向異性氮化鈦陶瓷塊體材料的方法——采用放電等離子燒結法，該方法具有操作簡單、燒結相對溫度低、保溫時間短的優點，經該方法能夠快速制備出性能良好的各向異性氮化鈦陶瓷塊體材料。

本發明是通過以下技術方案來實現：

本發明公開的一種快速制備各向異性氮化鈦陶瓷塊體材料的方法，包括以下步驟：

步驟1：先將沿(00l)晶面擇優取向的Ti₂AlN陶瓷塊體材料放入熱壓石墨模具中，再將石墨模具置于放電等離子燒結爐腔體中，燒結爐腔體抽真空至氣壓小于0.01Pa，施加軸向壓力，并快速升溫至燒結溫度并保溫；

步驟2：保溫結束后隨爐冷卻，溫度降至室溫時卸壓，完成燒結過程，制得各向異性氮化鈦陶瓷塊體材料。

優選地，所用的沿(00l)晶面擇優取向的Ti₂AlN陶瓷塊體材料的上、下表面平行。

進一步優選地，所用的沿(00l)晶面擇優取向的Ti₂AlN陶瓷塊體材料的形狀為圓柱、圓臺、棱柱、棱臺或立方體等。

優選地，所用的沿(00l)晶面擇優取向的Ti₂AlN陶瓷塊體材料的取向度大于50％。

優選地，步驟1中，施加的軸向壓力為30～70MPa。