含金属碳化物多层多组分复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种含金属碳化物多层多组分复合材料的制备方法。以难熔金属氧化物和碳粉为原料，首先设计多层复合材料的各层组分配比，并按照各层配比将对应金属氧化物和碳粉混匀，然后按照设计的复合材料分层顺序将不同金属氧化物和碳混合物压制成具有多层多组分的前驱体，然后通过电化学可控氧流脱氧技术实现直接脱氧、原位碳化、同步烧结形成含金属碳化物多层多组分复合材料。本发明方法首次采用电化学方法直接制备含金属碳化物多层多组分复合材料，避免了对高温、高纯金属初始物料的依赖，过程可控，效率高，操作简单，流程短，易扩大化生产，对原料的要求不高，制备过程简单，成本低廉，制备工艺温度低，利于实现工业化生产。

主权项

一种含金属碳化物多层多组分复合材料的制备方法，其特征在于，具有如下步骤：1）前驱体制备：以金属氧化物粉和碳粉为初始原料，按照各层目标产物组元化学计量比混合，然后加入适量粘结剂聚乙烯醇缩丁醛和无水乙醇球磨10~24小时，得到各层初始粉料；将不同层初始粉料按照设计的多层复合材料层序，在10~20 MPa条件下分层压制形成多层金属氧化物和碳混合物前驱体；然后将压制的多层前驱体在惰性气氛或者真空条件下，于1100~1300℃烧结1~4小时，获得一定强度的多层前驱体；将烧结后的多层前驱体用泡沫镍按照三明治式包裹并连接铁铬铝丝制成阴极系统；2）透氧膜阳极系统组装：将一端封口的摩尔比为8%的氧化钇稳定氧化锆管内装入金属铜或锡，并按照阴极各层氧化物氧含量总和计算添加足够碳粉以达到金属铜或锡液中碳饱和状态，并能达到完全氧化电解池系统中所有氧组分；然后用铁铬铝丝插入透氧膜管内导出构成电解阳极系统；3）电解池系统构成：采用刚玉坩埚或不锈钢坩埚作为反应电解池，以避免引入非阴极碳源影响产物；采用分析纯无水氯化钙作为电解质，以高纯氩气作为保护气体，然后以上述步骤1）和2）组装的阴阳极系统共同构成电极系统，与外部电源装置连接形成电解池系统；4）电解合成工艺过程：将上述步骤3）构成的电解池系统在惰性气氛保护下缓慢升温到1000~1300℃；当温度达到预设温度后，将电解池阴阳极间施加3.0~4.0伏电压电解2~10小时，以实现高效脱氧并分层原位碳化，并通过在高温条件下的烧结作用，逐渐形成多层多组分含金属碳化物复合材料；通过在电解过程以及电解完成后实现对多层复合材料产物的烧结致密化处理，以形成具有一定机械强度的多层复合材料；5）将经上述步骤4）电解获得的阴极产物取出，剥离泡沫镍后用蒸馏水浸泡彻底去除残留在产物中的熔盐组分，低温烘干后，即得到含金属碳化物多层多组分复合材料制品。