Ti₃O₅致密塊體材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明所述Ti3O5致密塊體材料，致密度≥80％，該致密塊體材料中，Ti3O5的含量為70wt％～100wt％，TinO2n?1的含量為0～29wt％，碳含量為0～1wt％，所述TinO2n?1中，3<n<6。制備方法：將Ti3O5粉體裝入模具，放入放電等離子燒結(jié)爐或電場(chǎng)活化壓力輔助燒結(jié)爐內(nèi)，在保護(hù)氣氛中對(duì)模具內(nèi)的Ti3O5粉體施加25KN～100KN的壓力并在施壓下升溫至900℃～1400℃燒結(jié)5min～60min，燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將所施加的壓力降低一半，隨爐冷卻至低于100℃后釋放完壓力并出爐。本發(fā)明還提供了上述Ti3O5致密塊體材料的另外三種制備方法。本發(fā)明開發(fā)出了一種Ti3O5新材料，擴(kuò)大了Ti3O5的用途。
【專利說明】
T1305致密塊體材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于τ i 3ο5材料領(lǐng)域，特別涉及τ i 3o5致密塊體材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]Ti3O5屬于非計(jì)量化合物，即亞穩(wěn)相的鈦氧化物，其晶體內(nèi)部含有較多的氧空位及較高的準(zhǔn)自由電子濃度，在不同溫度下其非對(duì)稱晶體結(jié)構(gòu)使其會(huì)發(fā)生物相演變，從而具有多種晶型(如α、β、γ、δ、λ型等)。不同物相的Ti3O5具有不同的特性(例如光致轉(zhuǎn)變特性、導(dǎo)電性、阻溫特性等)，因而其用途有待進(jìn)一步開發(fā)。
[0003]現(xiàn)有資料表明，Ti3O5主要是以粉體和薄膜的形態(tài)存在，尚無致密塊體材料公開，因而對(duì)Ti3O5用途的開發(fā)不利。由于Ti3O5屬于非計(jì)量化合物，包括幾種不同物相，雖然在常溫下可以穩(wěn)定存在，但是因?yàn)檫@幾種Ti3O5物相有非常接近的晶格常數(shù)和熱力學(xué)常數(shù)，其燒結(jié)過程容易出現(xiàn)相變或過還原反應(yīng)，因而難以獲得致密塊體材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供Ti3O5致密塊體材料及其制備方法，以開發(fā)出一種T i 3Ο5新材料，擴(kuò)大T i 3Ο5的用途。
[0005]本發(fā)明所述Ti3O5致密塊體材料，致密度多80wt%，該致密塊體材料中，Ti3O5的含量為70wt%?100wt%，Tin02n—I的含量為O?29wt%，碳含量為O?lwt%，所述Tin02n—1中，3〈n<60
[0006]本發(fā)明所述Ti3O5致密塊體材料的制備方法，以Ti3O5粉體為原料，有以下四種方法，這四種方法屬于一個(gè)總的發(fā)明構(gòu)思。
[0007]本發(fā)明提供的第一種Ti3O5致密塊體材料的制備方法:
[0008]將Ti3O5粉體裝入模具，將裝有Ti3O5粉體的模具放入放電等離子燒結(jié)爐或電場(chǎng)活化壓力輔助燒結(jié)爐內(nèi)，在保護(hù)氣氛中對(duì)模具內(nèi)的Ti3O5粉體施加25KN?100KN的壓力并在施壓下升溫至900°C?1400°C燒結(jié)5min?60min，燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將所施加的壓力降低一半，隨爐冷卻至低于100°C后釋放完壓力并出爐，即得到Ti3O5致密塊體材料，所述1^305粉體裝入模具的量以不超過模具的最大容量為限。
[0009]上述第一種方法中，所述保護(hù)氣氛為氮?dú)鈿夥?、氬氣氣氛、真空氣氛中的一種。
[0010]上述第一種方法中，燒結(jié)時(shí)的升溫速率主要根據(jù)燒結(jié)爐進(jìn)行選擇，通常為60?1000C/min0
[0011 ]本發(fā)明提供的第一種Ti3O5致密塊體材料的制備方法，其燒結(jié)機(jī)理:在施加脈沖電流后，大部分電流流過模具，在模具內(nèi)產(chǎn)生焦耳熱以加熱Ti3O5粉體;流經(jīng)模具的電流同時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，電磁波會(huì)誘發(fā)Ti3O5粉體顆粒間極化的趨勢(shì)變大，從而促進(jìn)顆粒間的放電并快速形成燒結(jié)頸，使燒結(jié)體迅速收縮和致密化。另一小部分電流會(huì)流經(jīng)T i 3 O 5粉體原料，在Ti3O5粉體顆粒之間自分配的電流使顆粒的界面處和內(nèi)部產(chǎn)生焦耳熱，在燒結(jié)初期，接觸界面較大的顆粒間電流較大，其電流產(chǎn)生的焦耳熱會(huì)優(yōu)先使顆粒接觸區(qū)域形成燒結(jié)頸，隨著燒結(jié)頸的長大，顆粒間接觸界面面積進(jìn)一步增加，電流也隨之增大，形成的燒結(jié)頸之間的界面電阻增加，增大后的電流流向小顆粒，并于顆粒界面間產(chǎn)生焦耳熱形成燒結(jié)頸。按照上述方式交替進(jìn)行，放電等離子燒結(jié)或電場(chǎng)活化壓力輔助燒結(jié)一方面控制了顆粒的長大速度，另一方面可以快速實(shí)現(xiàn)燒結(jié)體的致密化，從而使得燒結(jié)體的組織形貌均勻、顆粒細(xì)小且致密度極高。
[0012]從上述燒結(jié)機(jī)理可知，由于燒結(jié)時(shí)綜合了焦耳熱、電磁波、壓力以及等離子弧同時(shí)作用于被燒結(jié)材料，因而促進(jìn)了 Ti3O5塊體材料快速致密化，燒結(jié)時(shí)間大大縮短。
[0013]本發(fā)明提供的第二種Ti3O5致密塊體材料的制備方法:
[0014]將Ti3O5粉體裝入模具，將裝有Ti3O5粉體的模具放入熱壓燒結(jié)爐，在保護(hù)氣氛中對(duì)模具內(nèi)的Ti3O5粉體施加50KN?200KN的壓力并在施壓下升溫至IlOOcC?1400°C燒結(jié)Ih?5h，燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將所施加的壓力降低一半，隨爐冷卻至低于100°C后釋放完壓力并出爐，即得到Ti3O5致密塊體材料，所述Ti3O5粉體裝入模具的量以不超過模具的最大容量為限。
[0015]上述第二種方法，所述保護(hù)氣氛為氮?dú)鈿夥铡鍤鈿夥?、真空氣氛中的一種。
[0016]上述第二種方法中，燒結(jié)時(shí)的升溫速率主要根據(jù)燒結(jié)爐進(jìn)行選擇，通常為10?200C/min0
[0017]本發(fā)明提供的第二種Ti3O5致密塊體材料的制備方法，其燒結(jié)機(jī)理:在燒結(jié)過程中，熱量傳輸至Ti3O5粉體，使其在壓力和溫度的共同作用下通過表面擴(kuò)散和顆粒重排完成致密化初級(jí)階段，然后在加熱條件下通過晶界擴(kuò)散和晶界迀移完成致密化。
[0018]從上述燒結(jié)機(jī)理可知，由于燒結(jié)過程中只有溫度和壓力作用于被燒結(jié)材料，因而燒結(jié)時(shí)間較第一種方法增長。但由于熱壓燒結(jié)爐的購置成本低于放電等離子燒結(jié)爐或電場(chǎng)活化壓力輔助燒結(jié)爐，因而第二種方法也有其優(yōu)勢(shì)。
[0019]本發(fā)明提供的第三種Ti3O5致密塊體材料的制備方法:
[0020]將Ti3O5粉體裝入模具中，在20KN?50KN的壓力下保壓至少0.5min制成壓坯，然后將壓坯裝入熱等靜壓燒結(jié)爐內(nèi)并輸入等靜壓介質(zhì)，通過等靜壓介質(zhì)對(duì)壓坯施加50MPa?300MPa的等靜壓，在施壓下升溫至1100°C?1400°C燒結(jié)Ih?5h，燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將所施加的壓力降低一半，隨爐冷卻至低于100°C后釋放完壓力并出爐，即得到Ti3O5致密塊體材料，所述Ti3O5粉體裝入模具的量以不超過模具的最大容量為限。
[0021 ]上述第三種方法，所述等靜壓介質(zhì)為為氮?dú)饣驓鍤狻?br>[0022]上述第三種方法中，燒結(jié)時(shí)的升溫速率主要根據(jù)燒結(jié)爐進(jìn)行選擇，通常為8?120C/min0
[0023 ]本發(fā)明提供的第四種T i 305致密塊體材料的制備方法:
[0024](I)按Ti3O5粉體與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為100: (I?4)計(jì)量Ti3O5粉體和粘結(jié)劑，將計(jì)量好的Ti3O5粉體和粘結(jié)劑混合均勻后裝入模具，對(duì)模具中的混合料在50KN?100KN的壓力下保壓至少Imin形成壓坯，再將壓坯置于真空氣氛中脫除粘結(jié)劑；
[0025]或按Ti3O5粉體與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為100:(I?4)計(jì)量Ti3O5粉體和粘結(jié)劑，將計(jì)量好的Ti3O5粉體和粘結(jié)劑混合均勻后裝入模具，對(duì)模具中的混合料在50KN?100KN的壓力下保壓至少Imin形成壓坯，然后將壓坯放入橡皮套，并將裝有壓坯的橡皮套置入冷等靜壓機(jī)中施加500MPa?3000MPa的等靜壓強(qiáng)并保壓Imin?20min，再將壓坯置于真空氣氛中脫除粘結(jié)劑；
[0026](2)將步驟(I)得到的脫除粘結(jié)劑的壓坯放入低壓燒結(jié)爐內(nèi)，在保護(hù)氣氛中升溫至1100 °C?1400 °C燒結(jié)Ih?1h，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫出爐，即得到Ti305致密塊體材料。
[0027]上述第四種方法，所述粘結(jié)劑為石蠟、橡膠、聚乙烯、尼龍、聚砜中的一種。
[0028]上述第四種方法，所述保護(hù)氣氛為氮?dú)鈿夥?、氬氣氣氛、真空氣氛中的一種，當(dāng)保護(hù)氣氛為氮?dú)鈿夥栈驓鍤鈿夥諘r(shí)，向低壓燒結(jié)爐內(nèi)充入氮?dú)饣驓鍤庵?.5MPa?1MPa。
[0029]上述第四種方法中，燒結(jié)時(shí)的升溫速率主要根據(jù)燒結(jié)爐進(jìn)行選擇，通常為8?150C/min0
[0030]上述第四種方法中，壓坯在真空氣氛中脫除粘結(jié)劑的溫度根據(jù)所選擇的具體粘結(jié)劑確定，保溫時(shí)間以完全脫除粘接劑為限。
[0031]本發(fā)明提供的四種Ti3O5致密塊體材料的制備方法中，原料Ti3O5粉體可通過CN103787409B專利中公開的方法制備得到，也可通過市場(chǎng)購買。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0033]1、本發(fā)明提供了一種Ti3O5新材料。
[0034]2、本發(fā)明所述Ti3O5致密塊體材料致密度可達(dá)80wt %以上，Ti3O5含量為70wt %?10wt %，具有純度高、致密度高的特點(diǎn)，可直接用做革E材、各類電極、儲(chǔ)能材料、電子元件等，應(yīng)用范圍更廣，擴(kuò)大了 Ti3O5的用途。
[0035]3、本發(fā)明所述Ti3O5致密塊體材料有效克服了 Ti3O5粉末、顆粒和薄膜等無法形成三維穩(wěn)定尺寸和形狀的缺陷，便于采用線切割和磨床加工成圓形、棒狀、片狀等特定尺寸和形狀的器件，工業(yè)適用性強(qiáng)。
[0036]4、本發(fā)明所述Ti3O5致密塊體材料的制備方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)批量工業(yè)生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0037]圖1為實(shí)施例1制備的Ti 305致密塊體材料的XRD圖。
[0038]圖2為實(shí)施例1制備的Ti3O5致密塊體材料的光學(xué)照片。
[0039]圖3為實(shí)施例1制備的Ti3O5致密塊體材料的掃描電鏡(SEM)圖。
[0040 ]圖4為實(shí)施例1的原料T i 305粉體的掃描電鏡(SEM)圖。
[0041 ]圖5為實(shí)施例3的原料Ti3O5粉體的掃描電鏡(SEM)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述??3Ο5致密塊體材料的制備方法作進(jìn)一步說明。
[0043]以下實(shí)施例中，所述Ti3O5粉體采用CN103787409B專利中公開的方法制備得到；
[0044]以下實(shí)施例中，對(duì)制得的Ti305致密塊體材料通過XRD檢測(cè)塊體材料的純度;使用LECO檢測(cè)樣品中的殘余C含量;使用阿基米德排水法測(cè)試塊體的密度，再除以Ti3O5的理論密度(4.32g/cm3)得到致密度。
[0045]實(shí)施例1
[0046]本實(shí)施例中，11305致密塊體材料的制備方法如下:
[0047]Ti3O5粉體原料由85wt %的A-Ti3O5、14.1wt %的Ti4O7和0.9wt %的殘余C組成，粉體的掃描電鏡圖如圖4所示。
[0048]稱取15gTi3O5粉體原料裝入內(nèi)徑為1mm的模具中，為防止燒結(jié)過程中原料與模具內(nèi)壁及上下壓頭反應(yīng)或粘結(jié)，同時(shí)也為便于脫模，粉體原料與模具之間以及上下壓頭之間用0.2_柔性碳紙隔開。填裝好粉體的模具放入放電等離子燒結(jié)爐內(nèi)，對(duì)燒結(jié)爐抽真空至真空度低于30Pa時(shí)施加連續(xù)燒結(jié)壓力25KN，同時(shí)增加燒結(jié)電流對(duì)模具內(nèi)的Ti3O5粉體以恒定的升溫速率80°C/min升溫至1000°C的燒結(jié)溫度，在保持抽真空，保持燒結(jié)壓力下保溫?zé)Y(jié)5min。燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將燒結(jié)壓力降低一半以防止冷卻過程中熱應(yīng)力過大而導(dǎo)致材料碎裂。隨爐冷卻，在爐溫低于100°C時(shí)釋放完壓力并出爐，脫模后清除材料表面的碳紙，得到Ti3O5致密塊體材料，SEM電鏡結(jié)果如圖3所示。
[0049]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面，其光學(xué)照片如圖2所示。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為85% ;XRD結(jié)果如圖1所示，A-Ti3O5含量為79wt %，??4Ο7含量為20.2wt%；LECO測(cè)試表明，殘余C含量為0.8wt %。
[0050]實(shí)施例2
[0051 ]本實(shí)施例中，11305致密塊體材料的制備方法如下:
[0052]使用的原料與實(shí)施例1相同。
[0053]稱取150gTi3O5粉體原料裝入內(nèi)徑為60mm的模具中，為防止燒結(jié)過程中原料與模具內(nèi)壁及上下壓頭反應(yīng)或粘結(jié)，同時(shí)也為便于脫模，粉體原料與模具之間以及上下壓頭之間用0.2_柔性碳紙隔開。將填裝好粉體的模具放入放電等離子燒結(jié)爐內(nèi)，對(duì)燒結(jié)爐抽真空至真空度低于30Pa時(shí)充入氮?dú)庵脸鹤鳛楸Ｗo(hù)氣氛。施加連續(xù)燒結(jié)壓力100KN，同時(shí)增加燒結(jié)電流對(duì)模具內(nèi)的Ti305粉體以恒定的升溫速率100 °C/min升溫至1400 V的燒結(jié)溫度，在保持燒結(jié)壓力下保溫?zé)Y(jié)60min。燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將燒結(jié)壓力降低一半以防止冷卻過程中熱應(yīng)力過大而導(dǎo)致材料碎裂。隨爐冷卻，在爐溫低于100°C時(shí)釋放完壓力并出爐，脫模后清除材料表面的碳紙，得到Ti3O5致密塊體材料。
[0054]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為99.7% ;XRD結(jié)果表明，A-Ti3O5含量為95wt%，Ti4O7含量為4wt% ;LEC0測(cè)試表明殘余C含量為lwt%。
[0055]實(shí)施例3
[0056]本實(shí)施例中，11305致密塊體材料的制備方法如下:
[0057]Ti305粉體原料由95wt % β-Τ?3θδ、4.9wt % Ti407以及0.Iwt %的殘余(3組成。粉體的掃描電鏡圖如圖5所示。
[0058]稱取30gTi3O5粉體原料裝入內(nèi)徑為30mm的模具中，為防止燒結(jié)過程中原料與模具內(nèi)壁及上下壓頭反應(yīng)或粘結(jié)，同時(shí)也為便于脫模，粉體原料與模具之間以及上下壓頭之間用0.2_柔性碳紙隔開。將填裝好粉體的模具放入放電等離子燒結(jié)爐內(nèi)，對(duì)燒結(jié)爐抽真空至真空度低于30Pa時(shí)充入氬氣至常壓作為保護(hù)氣氛。施加連續(xù)燒結(jié)壓力50KN，同時(shí)增加燒結(jié)電流對(duì)模具內(nèi)的T i 305粉體以恒定的升溫速率60 °C /min升溫至1300 °C的燒結(jié)溫度，在保持燒結(jié)壓力下保溫?zé)Y(jié)30min。燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將燒結(jié)壓力降低一半以防止冷卻過程中熱應(yīng)力過大而導(dǎo)致材料碎裂。隨爐冷卻，在爐溫低于100°C時(shí)釋放完壓力并出爐，脫模后清除材料表面的碳紙，得到Ti3O5致密塊體材料。
[0059]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為99% ;XRD結(jié)果表明P-Ti3O5含量為99wt% A-Ti3O5含量為0.8wt % ; LECO測(cè)試表明殘余C含量為0.2wt %。
[0060]實(shí)施例4
[0061 ]本實(shí)施例中，Ti3O5致密塊體材料的制備方法如下:
[0062]原料與實(shí)施例3相同。
[0063]首先稱取40gTi3O5粉體裝入內(nèi)徑為30mm的模具中，將填裝好粉末的模具放入電場(chǎng)活化壓力輔助燒結(jié)爐內(nèi)，對(duì)燒結(jié)爐抽真空至真空度低于30Pa時(shí)充入氮?dú)庵脸鹤鳛楸Ｗo(hù)氣體。施加連續(xù)燒結(jié)壓力50KN，增加燒結(jié)電流使粉體以恒定的升溫速率80°C/min升溫至1000°C的燒結(jié)溫度，在保持壓力的條件下保溫?zé)Y(jié)30min。燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將燒結(jié)壓力降低一半以防止冷卻過程中熱應(yīng)力過大而導(dǎo)致材料碎裂。隨爐冷卻，在爐溫低于100°C時(shí)釋放完壓力并出爐，脫模后得到Ti3O5致密塊體材料。
[0064]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為89% ;XRD結(jié)果表明A-Ti3O5含量為94wt% ,Ti4O7含量為5.91wt%；LECO測(cè)試表明殘余C含量為0.09wt%。
[0065]實(shí)施例5
[0066]本實(shí)施例中，Ti3O5致密塊體材料的制備方法如下:
[0067]原料與實(shí)施例1相同。
[0068]首先稱取10gTi3O5粉體裝入內(nèi)徑為60mm的模具中，將填裝好粉末的模具放入電場(chǎng)活化壓力輔助燒結(jié)爐內(nèi)，對(duì)燒結(jié)爐抽真空至真空度低于30Pa時(shí)充入氮?dú)庵脸鹤鳛楸Ｗo(hù)氣體。施加連續(xù)燒結(jié)壓力50KN，增加一定的電流使粉體以恒定的升溫速率80°C/min升溫至900°C的燒結(jié)溫度，在保持壓力的條件下保溫?zé)Y(jié)30min。燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將燒結(jié)壓力降低一半以防止冷卻過程中熱應(yīng)力過大而導(dǎo)致材料碎裂，隨爐冷卻，在爐溫低于100°C時(shí)釋放完壓力并出爐，脫模后得到Ti3O5致密塊體材料。
[0069]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為80% ;XRD結(jié)果表明A-Ti3O5含量為70wt% ,Ti4O7含量為29.3wt%； LECO測(cè)試表明殘余C含量為0.7wt %。
[0070]實(shí)施例6
[0071 ]本實(shí)施例中，Ti3O5致密塊體材料的制備方法如下:
[0072]原料與實(shí)施例3相同。
[0073]首先稱取50gTi3O5粉體裝入內(nèi)徑為30mm的模具中，為防止燒結(jié)過程中原料與模具內(nèi)壁及上下壓頭反應(yīng)或粘結(jié)，同時(shí)也為便于脫模，粉體原料與模具之間以及上下壓頭之間用0.2_柔性碳紙隔開。將填裝好粉末的模具放入熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，對(duì)燒結(jié)爐抽真空至真空度低于30Pa時(shí)施加連續(xù)燒結(jié)壓力50KN，以恒定的升溫速率20°C/min升溫至1400°C的燒結(jié)溫度，在保持抽真空及保持壓力的條件下保溫?zé)Y(jié)lh。燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將燒結(jié)壓力降低一半以防止冷卻過程中熱應(yīng)力過大而導(dǎo)致材料碎裂，隨爐冷卻，在爐溫低于100°c時(shí)釋放完壓力并出爐，脫模后清除材料表面的碳紙，得到Ti3O5致密塊體材料。
[0074]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為100% ;XRD結(jié)果表明A-Ti3O5含量為0.7wt%，β-Ti3O5含量為99wt% ;LECO測(cè)試表明殘余C含量為0.3wt%。
[0075]實(shí)施例7
[0076]本實(shí)施例中，Ti3O5致密塊體材料的制備方法如下:
[0077]原料與實(shí)施例1相同。
[0078]首先稱取40gTi3O5粉體裝入內(nèi)徑為30mm的模具中，為防止燒結(jié)過程中原料與模具內(nèi)壁及上下壓頭反應(yīng)或粘結(jié)，同時(shí)也為便于脫模，粉體原料與模具之間以及上下壓頭之間用0.2_柔性碳紙隔開。將填裝好粉末的模具放入熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，對(duì)燒結(jié)爐抽真空至真空度低于30Pa時(shí)充入氬氣至常壓作為保護(hù)氣體，施加連續(xù)燒結(jié)壓力200KN，以恒定的升溫速率15°C/min升溫至1100°C的燒結(jié)溫度，在保持壓力的條件下保溫?zé)Y(jié)3h。燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將燒結(jié)壓力降低一半以防止冷卻過程中熱應(yīng)力過大而導(dǎo)致材料碎裂，隨爐冷卻，在爐溫低于100°C時(shí)釋放完壓力并出爐，脫模后清除材料表面的碳紙，得到Ti3O5致密塊體材料。
[0079]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為92% ;XRD結(jié)果表明，A-Ti3O5含量為87.7wt%，Ti4O7含量為12wt% ;LECO測(cè)試表明殘余C含量為0.3wt%。
[0080]實(shí)施例8
[0081 ]本實(shí)施例中，Ti3O5致密塊體材料的制備方法如下:
[0082]原料與實(shí)施例1相同。
[0083]首先稱取40g Ti3O5粉體裝入內(nèi)徑為30mm的模具中，在40KN的壓力下保壓0.5min后制成壓坯，將Ti3O5壓坯裝入熱等靜壓燒結(jié)爐內(nèi)，抽真空至真空度低于30Pa時(shí)充入氬氣作為等靜壓介質(zhì)，通過氬氣對(duì)壓坯施加連續(xù)燒結(jié)壓力200MPa，以恒定的升溫速率10°C/min升溫至1200°C的燒結(jié)溫度，在保持壓力的條件下保溫?zé)Y(jié)5h。燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將燒結(jié)壓力降低一半以防止冷卻過程中熱應(yīng)力過大而導(dǎo)致材料碎裂，隨爐冷卻，在爐溫低于100°C時(shí)釋放完壓力并出爐，脫模后得到Ti3O5致密塊體材料。
[0084]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為98% ;XRD結(jié)果表明A-Ti3O5含量為97wt% ,Ti4O7含量為2.79wt % ； LECO測(cè)試表明殘余C含量為0.21wt %。
[0085]實(shí)施例9
[0086]本實(shí)施例中，Ti3O5致密塊體材料的制備方法如下:
[0087]原料與實(shí)施例3相同。
[0088]首先稱取20g Ti3O5粉體裝入內(nèi)徑為20mm模具中，在50KN的壓力下保壓Imin后制成壓坯，然后將壓坯裝入熱等靜壓燒結(jié)爐內(nèi)，抽真空至真空度低于30Pa時(shí)充入氮?dú)庾鳛榈褥o壓介質(zhì)，通過氮?dú)鈱?duì)壓坯施加連續(xù)燒結(jié)壓力300MPa，以恒定的升溫速率12°C/min升溫至1400°C的燒結(jié)溫度，在保持壓力的條件下保溫?zé)Y(jié)lh。燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將燒結(jié)壓力降低一半以防止冷卻過程中熱應(yīng)力過大而導(dǎo)致材料碎裂，隨爐冷卻，在爐溫低于100°C時(shí)釋放完壓力并出爐，脫模后得到Ti3O5致密塊體材料。
[0089]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為90.5% ;XRD結(jié)果表明，Ti407含量為1.2π?%,β~Ti3O5含量為98.8wt%； LECO測(cè)試表明無殘余C存在。
[0090]實(shí)施例10
[0091 ]本本實(shí)施例中，Ti3O5致密塊體材料的制備方法如下:
[0092]原料與實(shí)施例1相同。
[0093]首先稱取35gTi3O5粉體裝入內(nèi)徑為20mm的模具中，在20KN的壓力下保壓5min后制成壓坯，然后將壓坯放入熱等靜壓燒結(jié)爐內(nèi)，抽真空至真空度低于30Pa時(shí)充入氬氣作為等靜壓介質(zhì)，通過氬氣對(duì)壓坯施加連續(xù)燒結(jié)壓力50MPa，以恒定的升溫速率8°C/min升溫至1100°C的燒結(jié)溫度，在保持壓力的條件下保溫?zé)Y(jié)5h。燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將燒結(jié)壓力降低一半以防止冷卻過程中熱應(yīng)力過大而導(dǎo)致材料碎裂，隨爐冷卻，在爐溫低于100°C時(shí)釋放完壓力并出爐，脫模后得到Ti3O5致密塊體材料。
[0094]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為80% ;XRD結(jié)果表明A-Ti3O5含量為89wt% ,Ti4O7含量為10.6wt % ; LECO測(cè)試表明殘余C含量為0.4wt %。
[0095]實(shí)施例11
[0096]本實(shí)施例中，Ti3O5致密塊體材料的制備方法如下:
[0097]原料與實(shí)施例1相同。
[0098](I)稱取15g Ti305粉體和0.15g的石錯(cuò)混合均勾后裝入內(nèi)徑為1mm的模具中，在50KN的壓力下保壓1min壓制成壓坯，再將壓坯置于真空燒結(jié)爐中，在抽真空狀態(tài)下于600°C保溫6h脫除粘結(jié)劑；
[0099](2)將步驟(I)得到的脫除粘結(jié)劑的壓坯放入低壓燒結(jié)爐內(nèi)，向低壓燒結(jié)爐內(nèi)充入N2至9MPa，以恒定的升溫速率1 °C /min升溫至1100°C保溫?zé)Y(jié)I Oh，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫出爐，即得到Ti3O5致密塊體材料。
[0100]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為82% ;XRD結(jié)果表明A-Ti3O5含量為90wt% ,Ti4O7含量為9.2wt %，Ti5O9含量為0.5wt % ; LECO測(cè)試表明殘余C含量為0.3wt %。
[0101]實(shí)施例12
[0102]本實(shí)施例中，11305致密塊體材料的制備方法如下:
[0103]原料與實(shí)施例1相同。
[0104](I)稱取150g Ti3O5粉體和3g的聚乙烯混合均勻后裝入內(nèi)徑為10mm的模具中，在100KN的壓力下保壓Imin壓制成壓坯，再將壓坯置于真空燒結(jié)爐中，在抽真空狀態(tài)下于600°C保溫3h脫除粘結(jié)劑；
[0105](2)將步驟(I)得到的脫除粘結(jié)劑的壓坯放入低壓燒結(jié)爐內(nèi)，向低壓燒結(jié)爐內(nèi)充入N2至1MPa，以恒定的升溫速率12 °C /min升溫至1300 °C保溫?zé)Y(jié)Ih，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫出爐，即得到Ti3O5致密塊體材料。
[0106]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為86% ;XRD結(jié)果表明A-Ti3O5含量為92wt% ,Ti4O7含量為7.2wt%； LECO測(cè)試表明殘余C含量為0.8wt %。
[0107]實(shí)施例13
[0108]本實(shí)施例中，11305致密塊體材料的制備方法如下:
[0109]原料與實(shí)施例1相同。
[0110](I)稱取30g Ti3O5粉體和1.2g的尼龍混合均勻后裝入內(nèi)徑為20mm的模具中，在80KN的壓力下保壓1min壓制成壓坯，再將壓坯置于真空燒結(jié)爐中，在抽真空狀態(tài)下于800°C保溫4h脫除粘結(jié)劑；
[0111](2)將步驟(I)得到的脫除粘結(jié)劑的壓坯放入低壓燒結(jié)爐內(nèi)，向低壓燒結(jié)爐內(nèi)充入氬氣至I OMPa，以恒定的升溫速率15 °C /mi η升溫至1200 °C保溫?zé)Y(jié)6h，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫出爐，即得到Ti3O5致密塊體材料。
[0112]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為89% ;XRD結(jié)果表明A-Ti3O5含量為91wt% ,Ti4O7含量為8.6wt%； LECO測(cè)試表明殘余C含量為0.4wt %。
[0113]實(shí)施例14
[0114]本實(shí)施例中，11305致密塊體材料的制備方法如下:
[0115]原料與實(shí)施例1相同。
[0116](I)稱取30g的Ti3O5粉體和0.3g的石蠟混合均勻后裝入內(nèi)徑為20mm的模具中，在50KN的壓力下保壓1min壓制成壓坯，然后將壓坯放入橡皮套，并將裝有壓坯的橡皮套置入冷等靜壓機(jī)中施加500MPa的等靜壓強(qiáng)并保壓20min，再將冷等靜壓后的壓坯置于真空燒結(jié)爐中，在抽真空狀態(tài)下于600°C保溫2h脫除粘結(jié)劑；
[0117](2)將步驟(I)得到的脫除粘結(jié)劑的壓坯放入低壓燒結(jié)爐內(nèi)，對(duì)低壓燒結(jié)爐抽真空至3Pa，以恒定的升溫速率10°(:/1^11升溫至1400°(:保溫?zé)Y(jié)1011，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫出爐，即得到Ti3O5致密塊體材料。
[0118]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為90% ;XRD結(jié)果表明，A-Ti3O5含量為93.0wt %，β-Ti3O5含量為6wt% ;LEC0測(cè)試表明殘余C含量為lwt%。
[0119]實(shí)施例15
[0120]本實(shí)施例中，11305致密塊體材料的制備方法如下:
[0121]原料與實(shí)施例1相同。
[0122](1)稱取3(^ Ti3O5粉體和0.3g的橡膠混合均勻后裝入內(nèi)徑為20mm的模具中，在100KN的壓力下保壓Imin壓制成壓坯，然后將壓坯放入橡皮套，并將裝有壓坯的橡皮套置入冷等靜壓機(jī)中施加3000MPa的等靜壓強(qiáng)并保壓lmin，再將冷等靜壓后的壓坯置于真空燒結(jié)爐中，在抽真空狀態(tài)下于600°C保溫3h脫除粘結(jié)劑；
[0123](2)將步驟(I)得到的脫除粘結(jié)劑的壓坯放入低壓燒結(jié)爐內(nèi)，向低壓燒結(jié)爐內(nèi)充入氬氣至8MPa，以恒定的升溫速率10°C/min升溫至1300°C保溫?zé)Y(jié)6h，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫出爐，即得到Ti3O5致密塊體材料。
[0124]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為92.9% ;XRD結(jié)果表明A-Ti3O5含量為98wt%，β-Ti3O5含量為1.06wt % ； LECO測(cè)試表明殘余C含量為0.94wt %。
[0125]實(shí)施例16
[0126]本實(shí)施例中，11305致密塊體材料的制備方法如下:
[0127]原料與實(shí)施例1相同。
[0128](I)稱取10g Ti3O5粉體和3g的聚砜中混合均勻后裝入內(nèi)徑為50mm的模具中，在150KN的壓力下保壓5min壓制成壓坯，然后將壓坯放入橡皮套，并將裝有壓坯的橡皮套置入冷等靜壓機(jī)中施加3000MPa的等靜壓強(qiáng)并保壓5min，再將冷等靜壓后的壓坯置于真空燒結(jié)爐中，在抽真空狀態(tài)下于750°C保溫6h脫除粘結(jié)劑；
[0129](2)將步驟(I)得到的脫除粘結(jié)劑的壓坯放入低壓燒結(jié)爐內(nèi)，向低壓燒結(jié)爐內(nèi)充入氬氣至6MPa，以恒定的升溫速率8°C/min升溫至1400°C保溫?zé)Y(jié)9h，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫出爐，即得到Ti3O5致密塊體材料。
[0130]為了對(duì)所得Ti3O5致密塊體材料進(jìn)行表征分析，根據(jù)測(cè)試要求將其經(jīng)線切割和磨床加工成特定尺寸的樣品，在拋光機(jī)上使用金剛石研磨膏通過精拋至出現(xiàn)鏡面。所得Ti3O5致密塊體材料的測(cè)試和表征結(jié)果:致密度為97.9% ;XRD結(jié)果表明A-Ti3O5含量為95wt%，β-Ti3O5含量為4.02wt % ； LECO測(cè)試表明殘余C含量為0.98wt %。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.Ti3O5致密塊體材料，其特征在于該致密塊體材料的致密度多80 %，該致密塊體材料中，Ti3O5的含量為70wt%?100wt%，Tin02n-1的含量為O?29wt%，碳含量為O?lwt%，所述Tin02n-1 中，3〈n〈6。2.—種權(quán)利要求1所述Ti3O5致密塊體材料的制備方法，其特征在于以Ti3O5粉體為原料，工藝步驟如下: 將Ti3O5粉體裝入模具，將裝有Ti3O5粉體的模具放入放電等離子燒結(jié)爐或電場(chǎng)活化壓力輔助燒結(jié)爐內(nèi)，在保護(hù)氣氛中對(duì)模具內(nèi)的Ti3O5粉體施加25KN?100KN的壓力并在施壓下升溫至900°C?1400°C燒結(jié)5min?60min，燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將所施加的壓力降低一半，隨爐冷卻至低于100°C后釋放完壓力并出爐，即得到Ti3O5致密塊體材料，所述Ti3O5粉體裝入模具的量以不超過模具的最大容量為限。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述Ti3O5致密塊體材料的制備方法，其特征在于所述保護(hù)氣氛為氮?dú)鈿夥?、氬氣氣氛、真空氣氛中的一種。4.一種權(quán)利要求1所述??3Ο5致密塊體材料的制備方法，其特征在于以Ti305粉體為原料，工藝步驟如下: 將Ti3O5粉體裝入模具，將裝有Ti3O5粉體的模具放入熱壓燒結(jié)爐，在保護(hù)氣氛中對(duì)模具內(nèi)的Ti3O5粉體施加50KN?200KN的壓力并在施壓下升溫至IlOOcC?1400 °C燒結(jié)Ih?5h，燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將所施加的壓力降低一半，隨爐冷卻至低于100°C后釋放完壓力并出爐，即得到Ti3O5致密塊體材料，所述Ti3O5粉體裝入模具的量以不超過模具的最大容量為限。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述Ti3O5致密塊體材料的制備方法，其特征在于所述保護(hù)氣氛為氮?dú)鈿夥?、氬氣氣氛、真空氣氛中的一種。6.—種權(quán)利要求1所述Ti3O5致密塊體材料的制備方法，其特征在于以Ti3O5粉體為原料，工藝步驟如下: 將Ti3O5粉體裝入模具中，在20KN?50KN的壓力下保壓至少0.5min制成壓坯，然后將壓坯裝入熱等靜壓燒結(jié)爐內(nèi)并輸入等靜壓介質(zhì)，通過等靜壓介質(zhì)對(duì)壓坯施加50MPa?300MPa的等靜壓，在施壓下升溫至1100°C?1400°C燒結(jié)Ih?5h，燒結(jié)結(jié)束后切斷電流，將所施加的壓力降低一半，隨爐冷卻至低于100°C后釋放完壓力并出爐，即得到Ti3O5致密塊體材料，所述Ti3O5粉體裝入模具的量以不超過模具的最大容量為限。7.根據(jù)權(quán)利要6所述Ti3O5致密塊體材料的制備方法，其特征在于所述等靜壓介質(zhì)為氮?dú)饣驓鍤狻?.—種權(quán)利要求1所述Ti3O5致密塊體材料的制備方法，其特征在于工藝步驟如下: (I)按Ti3O5粉體與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為100: (I?4)計(jì)量Ti3O5粉體和粘結(jié)劑，將計(jì)量好的Ti 305粉體和粘結(jié)劑混合均勻后裝入模具，對(duì)模具中的混合料在50KN?10KN的壓力下保壓至少Imin形成壓坯，再將壓坯置于真空氣氛中脫除粘結(jié)劑； 或按Ti3O5粉體與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為100: (I?4)計(jì)量Ti3O5粉體和粘結(jié)劑，將計(jì)量好的Ti 305粉體和粘結(jié)劑混合均勻后裝入模具，對(duì)模具中的混合料在50KN?10KN的壓力下保壓至少至少Imin形成壓坯，然后將壓坯放入橡皮套，并將裝有壓坯的橡皮套置入冷等靜壓機(jī)中施加500MPa?3000MPa的等靜壓強(qiáng)并保壓Imin?20min，再將壓坯置于真空氣氛中脫除粘結(jié)劑； (2)將步驟(I)得到的脫除粘結(jié)劑的壓坯放入低壓燒結(jié)爐內(nèi)，在保護(hù)氣氛中升溫至1100°C?1400 °C燒結(jié)I h?I Oh，燒結(jié)結(jié)束后隨爐冷卻至室溫出爐，即得到T i 3Ο5致密塊體材料。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述Ti3O5致密塊體材料的制備方法，其特征在于所述粘結(jié)劑為石蠟、橡膠、聚乙烯、尼龍、聚砜中的一種。10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述Ti3O5致密塊體材料的制備方法，其特征在于所述保護(hù)氣氛為氮?dú)鈿夥?、氬氣氣氛、真空氣氛中的一種。
【文檔編號(hào)】C04B35/645GK106083030SQ201610459366
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】陳婷, 葉迎娣
【申請(qǐng)人】成都錦鈦精工科技有限公司