本發(fā)明涉及多孔陶瓷的制備領(lǐng)域，具體涉及一種成分穩(wěn)定、高純度的多孔鈦硅碳陶瓷制備方法。

背景技術(shù)：

鈦硅碳（Ti₃SiC₂）是一種兼具了陶瓷和金屬材料特點的三元碳化物陶瓷。因其具有質(zhì)輕、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好、優(yōu)良機械加工性等優(yōu)點，鈦硅碳陶瓷被認(rèn)為具備應(yīng)用于生物醫(yī)用材料的潛質(zhì)。大多數(shù)醫(yī)用移植材料對材料本身孔隙率的可調(diào)節(jié)性要求比較高，因為可以通過調(diào)節(jié)材料的孔隙率對醫(yī)用材料力學(xué)性能進行改變，從而實現(xiàn)醫(yī)用性植入材料與人體自身骨骼的匹配性。

但是到目前為止，關(guān)于多鈦硅碳的制備方面的報道尚不多，采用不完全燒結(jié)法和熱等靜壓法合成出多孔鈦硅碳，孔隙率范圍為0~55％。該方法的造孔原理是通過燒結(jié)過程中Si元素的揮發(fā)以及粉末燒結(jié)收縮產(chǎn)生的孔洞。利用元素粉可在不同溫度下燒結(jié)制備出多孔鈦硅碳，并發(fā)現(xiàn)不同溫度下燒結(jié)制備的多孔鈦硅碳孔隙率不同，但是其在低于1350℃下燒結(jié)出的多孔鈦硅碳純度較低，因此上述方法均無法制備出純度較高且孔隙率和孔結(jié)構(gòu)可控制的多孔鈦硅碳。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決的技術(shù)問題包括：無壓燒結(jié)工藝對生產(chǎn)設(shè)備要求低，生產(chǎn)成本低廉，產(chǎn)品成分穩(wěn)定，多孔陶瓷的孔隙率及孔形貌可控性強。

本發(fā)明可通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種高純度的多孔鈦硅碳陶瓷制備方法，包括步驟：

1）將鈦硅碳粉末與一定粒徑的碳酸氫銨（NH₄HCO₃）顆粒分別按照9:1~6:4的質(zhì)量比在混粉機中混合6~12h；

2）將干燥的混合粉末倒入鋼模中，用100~1000MPa壓力壓制成生坯；

3）將生坯置于管式爐中，通以保護氣氛氬氣，以1~30℃/min的速度逐步升溫至1200℃，保溫1~5h后隨爐冷卻得到高純多孔鈦硅碳陶瓷。

進一步地，步驟1）中所述的碳酸氫銨顆粒的粒徑為1~500微米。

進一步地，步驟3）中，所述的以1~30℃/min的速度逐步升溫至1200℃，保溫1~5 h后隨爐冷卻的過程具體包括步驟：

31）以1~30℃/min的速度升溫至200℃，保溫10~60 min以去除碳酸氫銨顆粒；

32）再以1~30℃/min的速度升溫到800℃；

33）最后以1~30℃/min的速度升溫至1200℃，保溫1~5h后隨爐冷卻。

本發(fā)明將鈦硅碳粉末與碳酸氫銨（NH₄HCO₃）造孔劑混合后壓制成坯，將生坯在氬氣氛的保護下無壓燒結(jié)制備出孔結(jié)構(gòu)可控的高純多孔鈦硅碳陶瓷。所制備的多孔鈦硅碳陶瓷與燒結(jié)前成分幾乎相同，多孔鈦硅碳陶瓷的純度取決于原料鈦硅碳陶瓷粉本身的純度，該制備方法易于控制多孔陶瓷的純度。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

（1）造孔劑成本低廉、去除容易，在燒結(jié)過程中可以直接去除，簡化制備步驟。

（2）生產(chǎn)設(shè)備簡單，燒結(jié)工藝簡單。

（3）對燒結(jié)原料條件限制少，燒結(jié)前后產(chǎn)品成分穩(wěn)定，利于產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為燒結(jié)前后的鈦硅碳的XRD分析圖譜。

圖2為碳酸氫銨含量對多孔鈦硅碳的孔隙率的影響示意圖。

具體實施方式

為更好理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明，但是本發(fā)明要求保護的范圍并不局限于實施例表示的范圍。

實施例1

一種高純度的多孔鈦硅碳陶瓷制備方法，包括步驟：

1）將鈦硅碳粉末與經(jīng)研磨并過篩的粒徑為1微米的碳酸氫銨粉末按照9:1的質(zhì)量比在V型混粉機中混合12h；

2）將混合粉末倒入鋼模中，在CMT5105電子萬能試驗機上用300MPa壓力壓制成直徑約為20mm，高約為5mm的生坯；

3）將生坯置于管式爐中，用氬氣作為保護氣氛，以5℃/min的速度升溫至200℃，保溫40min以去除碳酸氫銨造孔劑，再以5℃/min的速度升溫到800℃，最后以2℃/min的速度升溫至1200℃，保溫2h后隨爐冷卻，所制備出的多孔鈦硅碳陶瓷的孔隙率為39.1%，見圖2所示。

實施例2

一種高純度的多孔鈦硅碳陶瓷制備方法，包括步驟：

1）將鈦硅碳粉末與經(jīng)研磨并過篩的粒徑為50微米的碳酸氫銨粉末按照8:2的質(zhì)量比在V型混粉機中混合10h；

2）將混合粉末倒入鋼模中，在CMT5105電子萬能試驗機上用600MPa壓力壓制成直徑約為20mm，高約為5mm的生坯；

3）將生坯置于管式爐中，用氬氣作為保護氣氛，以5℃/min的速度升溫至200℃，保溫40min以去除碳酸氫銨造孔劑，再以5℃/min的速度升溫到800℃，最后以2℃/min的速度升溫至1200℃，保溫2h后隨爐冷卻，所制備出的多孔鈦硅碳陶瓷的孔隙率為48.5%。

實施例3

一種高純度的多孔鈦硅碳陶瓷制備方法，包括步驟：

1）將鈦硅碳粉末與經(jīng)研磨并過篩的粒徑為75微米的碳酸氫銨粉末按照7:3的質(zhì)量比在V型混粉機中混合6h；

2）將混合粉末倒入鋼模中，在CMT5105電子萬能試驗機上用1000MPa壓力壓制成直徑約為20mm，高約為5mm的生坯；

3）將生坯置于管式爐中，用氬氣作為保護氣氛，以5℃/min的速度升溫至200℃，保溫40min以去除碳酸氫銨造孔劑，再以5℃/min的速度升溫到800℃，最后以2℃/min的速度升溫至1200℃，保溫2h后隨爐冷卻，所制備出的多孔鈦硅碳陶瓷的孔隙率為59.2%。

圖1為燒結(jié)前后的鈦硅碳的XRD分析圖譜。如圖所示，燒結(jié)后多孔鈦硅碳塊體的XRD圖譜與燒結(jié)前的鈦硅碳粉末的XRD圖譜基本一致，未出現(xiàn)新的雜質(zhì)峰。圖2為碳酸氫銨含量對上述實施例1-3所制備出的多孔鈦硅碳的孔隙率的影響。

實施例4

一種高純度的多孔鈦硅碳陶瓷制備方法，包括步驟：

1）將鈦硅碳粉末與經(jīng)研磨并過篩的粒徑為130微米的碳酸氫銨粉末按照7:3的質(zhì)量比在V型混粉機中混合6h；

2）將混合粉末倒入鋼模中，在CMT5105電子萬能試驗機上用800MPa壓力壓制成直徑約為20mm，高約為5mm的生坯；

3）將生坯置于管式爐中，用氬氣作為保護氣氛，以5℃/min的速度升溫至200℃，保溫40min以去除碳酸氫銨造孔劑，再以5℃/min的速度升溫到800℃，最后以2℃/min的速度升溫至1200℃，保溫2h后隨爐冷卻，所制備出的多孔鈦硅碳陶瓷的孔隙率為62.1%。

實施例5

一種高純度的多孔鈦硅碳陶瓷制備方法，包括步驟：

1）將鈦硅碳粉末與經(jīng)研磨并過篩的粒徑為150微米的碳酸氫銨粉末按照9:1的質(zhì)量比在V型混粉機中混合6h；

2）將混合粉末倒入鋼模中，在CMT5105電子萬能試驗機上用100MPa壓力壓制成直徑約為20mm，高約為5mm的生坯；

3）將生坯置于管式爐中，用氬氣作為保護氣氛，以1℃/min的速度升溫至200℃，保溫40min以去除碳酸氫銨造孔劑，再以1℃/min的速度升溫到800℃，最后以1℃/min的速度升溫至1200℃，保溫5h后隨爐冷卻，所制備出的多孔鈦硅碳陶瓷的孔隙率為53.8%。

實施例6

一種高純度的多孔鈦硅碳陶瓷制備方法，包括步驟：

1）將鈦硅碳粉末，與經(jīng)研磨并過篩的粒徑為500微米的碳酸氫銨粉末按照6:4的質(zhì)量比在V型混粉機中混合12h；

2）將混合粉末倒入鋼模中，在CMT5105電子萬能試驗機上用1000MPa壓力壓制成直徑約為20mm，高約為5mm的生坯；

3）將生坯置于管式爐中，用氬氣作為保護氣氛，以30℃/min的速度升溫至200℃，保溫40min以去除碳酸氫銨造孔劑，再以30℃/min的速度升溫到800℃，最后以30℃/min的速度升溫至1200℃，保溫1h后隨爐冷卻，所制備出的多孔鈦硅碳陶瓷的孔隙率為63.2%。

本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。