專利名稱：一種沖擊波制備Ti₅Si₃光催化劑的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種沖擊波制備Ti5Si3光催化劑的方法，屬于材料處理及組合技術領域。
背景技術：
Ti5Si3是一種性能優(yōu)異的高溫鑄造型鈦合金，具有高熔點(2403K)、低密度(4. 32g/cm3)、高硬度(11. 3GPa)及較高的楊氏模量(225GPa)，在高溫下也具有很高的強度，優(yōu)異的抗蠕變性能和抗氧化性，這些獨特的物理、化學、機械性能使其有希望在高溫結(jié)構(gòu)材料方面得到應用。此外，Ti5Si3還是合成一種層狀碳化物(Ti3SiC2)的中間相，這種碳化 物兼有金屬和陶瓷的性質(zhì)，具有許多用途，但目前還沒有將Ti5Si3作為光催化劑的應用。合成硅化物的傳統(tǒng)冶金方法有電弧熔化、粉末壓實燒結(jié)、反應合成等。除了這些傳統(tǒng)方法，機械合金法與機械誘導自蔓延反應也用來合成硅化物。這些傳統(tǒng)方法不但工藝過程復雜、所需要的時間較長、成本較高，也沒有相應的光催化測試數(shù)據(jù)。因此需要一種制備Ti5Si3光催化劑的方法，實現(xiàn)Ti5Si3良好的光吸收性質(zhì)和光催化活性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種沖擊波制備Ti5Si3光催化劑的方法，所述方法利用爆炸沖擊波制備得到具有良好活性的Ti5Si3光催化劑。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下一種沖擊波制備Ti5Si3光催化劑的方法，所述方法過程如下步驟一、將Ti粉和Si粉均勻混合后，機械球磨l(T20min，得到混合粉體；其中，Ti粉的物質(zhì)的量Si粉的物質(zhì)的量=5:3 ;步驟二、將混合粉體壓成初坯，初坯致密度為55%飛5% ；其中，致密度=初坯的壓實密度/粉體本身的密度；步驟三、用速度為3. (T3. 4km/s的飛片撞擊初坯誘發(fā)反應，得到Ti5Si3光催化劑；其中，優(yōu)選用炸藥爆轟驅(qū)動的飛片撞擊初坯誘發(fā)反應，得到Ti5Si3光催化劑。有益效果本發(fā)明所述的一種沖擊波制備Ti5Si3光催化劑的方法，將反應物混合得到粉體初坯，利用炸藥爆轟驅(qū)動飛片高速撞擊產(chǎn)生的瞬時高溫高壓，使Ti粉和Si粉在瞬間反應，從而得到Ti5Si3光催化劑。所述方法成本低廉，工藝過程簡單，在極短的時間內(nèi)即可完成。所述方法制備得到的Ti5Si3光催化劑具有較好的光催化活性。


圖I為本發(fā)明實施例所述的沖擊波制備Ti5Si3光催化劑的裝置示意圖；圖2為本發(fā)明實施例制備得到的Ti5Si3光催化劑的X射線衍射(XRD)圖；圖3為本發(fā)明實施例I制備得到的Ti5Si3光催化劑的掃描電鏡(SEM)圖4為本發(fā)明實施例制備得到的Ti5Si3光催化劑的光催化降解水制氫曲線圖；其中1-雷管；2-傳爆藥柱；3-聚氯乙烯(PVC)藥筒；4-炸藥；5-飛片；6_支架；7-樣品盒；8-初坯；9_塞子。
具體實施例方式下面通過具體實施例來詳細描述本發(fā)明。實施例I一種沖擊波制備Ti5Si3光催化劑的方法，所述方法過程如下步驟一、將Ti粉和Si粉均勻混合后，機械球磨lOmin，得到混合粉體；
其中，Ti粉的物質(zhì)的量Si粉的物質(zhì)的量=5:3 ;步驟二、將混合粉體壓成初還,初還致密度為55% ；步驟三、用炸藥爆轟驅(qū)動的飛片撞擊初坯，利用沖擊產(chǎn)生的瞬時高溫高壓誘發(fā)反應，得到Ti5Si3光催化劑。其中，如圖I所示，所述沖擊波制備Ti5Si3光催化劑的裝置包括雷管I、傳爆藥柱2、PVC藥筒3、炸藥4、飛片5、支架6、樣品盒7、初坯8和塞子9 ;其中PVC藥筒3中裝有炸藥4，傳爆藥柱2插于炸藥4中，在傳爆藥柱2上設有雷管I ;飛片5位于炸藥4下方并與炸藥4緊密接觸，通過支架6將PVC藥筒3安裝在樣品盒7上方；在樣品盒7的下部開口，塞子9位于開口內(nèi)；飛片5材料為不銹鋼；炸藥4為硝基甲烷液體炸藥；傳爆藥柱2為8701高能炸藥；具體過程為將壓制好的初坯8裝入樣品盒7中，用塞子9對初坯8進行固定，樣品盒7和塞子9均與初坯8緊密接觸；在支架6上安裝PVC藥筒3 ;點燃雷管1，雷管I通過傳爆藥柱2引爆炸藥4，用炸藥4爆轟驅(qū)動的飛片5撞擊裝有初坯8的樣品盒7，引發(fā)Ti粉和Si粉反應，得到最終產(chǎn)物；其中，飛片速度通過如下已知公式計算Umax = D 1--(^/1 + 2/7-l)；
_ tI_
\6m \6pJS 16/ ,/式中"== 2Jp dS = 27Pj d，其中pM為飛片密度，d為飛片厚度，由此可知
飛片極限速度最終與炸藥密度P O、裝藥高度I、爆轟速度D、飛片密度P M及飛片厚度d有關；其中 PM=7. 85km/s, d=2mm, Ptl=I. 14g/cm3, l=150mm, D=6300km/s,飛片在飛行過程中的速度損失忽略不計，計算得知飛片撞擊樣品盒和初坯的速度為3. 07km/s ；對實施例I的最終產(chǎn)物進行表征，其中圖2中的曲線a為實施例I最終產(chǎn)物的XRD圖，曲線c為步驟一中的混合粉體的XRD圖，通過將曲線a和曲線c比較，得知最終產(chǎn)物中沒有Ti、Si和其它雜質(zhì)的衍射峰，為純相Ti5Si3 ;圖3為實施例I最終產(chǎn)物的SEM圖，圖b為圖a的放大圖；圖4中的曲線a為實施例I最終產(chǎn)物在紫外光下的光催化降解水制氫曲線，實驗條件為將0. Ig最終產(chǎn)物置于IOOml水中，500W汞燈下進行紫外光催化實驗，在90min產(chǎn)生17 ii mol H2,說明最終產(chǎn)物有良好的光催化制氫活性。實施例2
一種沖擊波制備Ti5Si3光催化劑的方法，所述方法過程如下步驟一、將Ti粉和Si粉均勻混合后，機械球磨20min，得到混合粉體；其中，Ti粉的物質(zhì)的量Si粉的物質(zhì)的量=5:3 ;步驟二、將混合粉體壓成初還,初還致密度為65% ；步驟三、用炸藥爆轟驅(qū)動的飛片撞擊初坯，利用沖擊產(chǎn)生的瞬時高溫高壓誘發(fā)反應，得到Ti5Si3光催化劑。所述沖擊波制備Ti5Si3光催化劑的裝置與實施例I相同；具體過程為具體過程為將壓制好的初坯8裝入樣品盒7中，用塞子9對初坯8進行固定，樣品盒7和塞子9均與初坯8緊密接觸；在支架6上安裝PVC藥筒3 ；點燃雷管I，雷管I通過傳爆藥柱2引爆炸藥4，用炸藥4爆轟驅(qū)動的飛片5撞擊裝有初坯8的樣品盒7，引發(fā)Ti粉和Si粉反應，得到最終產(chǎn)物；其中，飛片速度通過如下已知公式計算
權(quán)利要求
1.一種沖擊波制備Ti5Si3光催化劑的方法，其特征在于所述方法過程如下 步驟一、將Ti粉和Si粉均勻混合后，機械球磨l(T20min，得到混合粉體； 其中，Ti粉的物質(zhì)的量Si粉的物質(zhì)的量=5:3 ； 步驟ニ、將混合粉體壓成初坯，初坯致密度為55°/Γ65% ； 步驟三、用速度為3. (Γ3. 4km/s的飛片撞擊初坯誘發(fā)反應，得到Ti5Si3光催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述ー種沖擊波制備Ti5Si3光催化劑的方法，其特征在于步驟三中用炸藥爆轟驅(qū)動的飛片撞擊初坯誘發(fā)反應，得到Ti5Si3光催化劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種沖擊波制備Ti5Si3光催化劑的方法，屬于材料處理及組合技術領域。所述方法將Ti粉和Si粉均勻混合后，機械球磨得到混合粉體；然后將混合粉體壓成初坯，初坯致密度為55%~65%；最后用速度為3.0~3.4km/s的飛片撞擊初坯誘發(fā)反應，得到Ti5Si3光催化劑；優(yōu)選用炸藥爆轟驅(qū)動的飛片撞擊初坯誘發(fā)反應。所述方法成本低廉，工藝過程簡單，在極短的時間內(nèi)即可完成。所述方法制備得到的Ti5Si3光催化劑具有較好的光催化活性。
文檔編號B01J21/06GK102671648SQ20121016479
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者劉建軍, 崔乃夫, 陳鵬萬, 高翔 申請人:北京理工大學