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熔鹽合成:德國開發低成本工業化制備非氧化物陶瓷粉體技術
2019年05月17日 發布 分類:技術前沿 點擊量:274
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不久前,Nature發表了一項“熔鹽保護合成易氧化材料”技術成果,它可以實現在較低溫度并且不需要額外研磨的前提下制備出“高純、超細并且分散良好”的粉體原材料。目前已成功用于合成三元過渡金屬化合物MAX陶瓷(M代表早期過渡金屬,A代表13或14組元素,X代表碳或氮原子,比如Ti3SiC2Ti2AlN4MoAlB5)、二元碳化物(TiC)、以及海綿鈦。

該成果實現工業化應用,將極大降低如非氧化物陶瓷的燒結能耗和原材料成本,從而提升這些新材料在工業應用中的普及率。

熔鹽保護合成 流程示意圖

非氧化物陶瓷由于其高溫性能,包括優良的耐腐蝕性、剛度和輕量化,具有許多潛在的工業應用前景,然而它們的生產成本很高,比如MAX陶瓷原材料的加工溫度超過1000℃,并且需要精細研磨;此外,由于高溫下易于氧化,還需要真空或者惰性氣體氣氛下制備。

項目研究人員Apurv Dash () Jesus Gonzalez-Julian(右)

針對以上,德國于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich GmbH)的研究人員提出想法并付諸實驗。他們的這項“熔鹽保護合成/燒結”技術被稱為MS3molten salt shielded synthesis/sintering),以金屬鈦和Ti3SiC2作為實驗對象,將前驅體封裝在溴化鉀KBr基質中,利用其在室溫下的延展性,將其壓縮到95%的相對密度,使其達到密封和隔絕空氣。最后再將混合物加熱至高溫熔融,在熔鹽浴下將前驅體燒結為海綿鈦和陶瓷相。

而研究人員只要最后將其放入水中溶解,即可除去鹽并留下高純度金屬和陶瓷樣品,鹽水中的鹽可以回收利用下次加工。研究人員稱,三升水可以制備一公斤三元過渡金屬化合物MAX陶瓷。

MS3工藝可以很好地控制樣品特性,它可以制作致密多孔的金屬樣品,以及精細的陶瓷粉末,減少了傳統加工方法所需的昂貴和能源密集的步驟。此外,與其他常用技術相比,MS3可使加工溫度降低約100℃。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41563-019-0328-1

YUXI 編譯


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