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TiH_2做Ti源合成Ti_2AlCTi_3AlC_2及热分析
引言：
钛碳化物(TiC)是高温材料的重要组成部分之一，由于其较高的熔点、硬度和热稳定性，广泛应用于航空、航天、汽车等领域。随着材料工程的发展，人们对TiC基复合材料的研究越来越深入，其中一种重要的复合材料是钛铝碳化物(TiAlC)，其具有较高的机械强度、耐磨性和热稳定性。
TiAlC的制备方法有很多种，其中TiH_2是常用的Ti源。在TiH_2的存在下，TiAlC先合成出Ti_2AlC和Ti_3AlC_2两种化合物，再通过退火处理合成出TiAlC。本文将介绍利用TiH_2作为Ti源合成Ti_2AlC和Ti_3AlC_2的过程，并对其热分析结果进行分析。
实验部分：
实验材料：TiH_2、Al、C。
合成方法：将TiH_2、Al、C按照摩尔比1：2：1混合，加入玻璃坩埚中，在惰性气氛下加热至1400℃，维持1h，得到产物。为了得到TiAlC，再将产物置于真空中进行热处理。
热分析：对产物进行热分析，包括差热分析(DTA)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)。
结果与讨论：
合成产品为Ti_2AlC和Ti_3AlC_2，而TiAlC并没有被发现。这可能是因为TiH_2分解温度较高，在制备过程中难以充分分解。从XRD图可见，Ti_2AlC和Ti_3AlC_2的晶体结构类似，都具有六角晶系，但晶胞参数略有不同。Ti_2AlC的晶胞参数为a=0.3084nm,c=1.853nm，而Ti_3AlC_2的晶胞参数为a=0.3064nm,c=1.200nm。
DTA和TGA分析显示，Ti_2AlC和Ti_3AlC_2的热稳定性都较高，在1000℃以下几乎不会发生热分解，但在1000℃以上，两种化合物均会发生分解反应，生成钛酸铝(TiAlO_4)和Al_2O_3。
SEM图像表明，两种化合物的形貌不同。Ti_2AlC呈现出典型的大面积平坦层片状结构，而Ti_3AlC_2则呈现出典型的晶粒状结构。这是因为Ti_2AlC具有更好的结晶性，其在生长过程中易于定向增长，形成平坦层片状结构。
结论：
利用TiH_2作为Ti源，通过高温热反应成功合成了Ti_2AlC和Ti_3AlC_2。热分析结果表明，两种化合物的热稳定性较高，在1000℃以下几乎不发生热分解，但在1000℃以上分解反应较为明显。此外，两种化合物的形貌差异较大，其中Ti_2AlC呈现出典型的大面积平坦层片状结构，而Ti_3AlC_2则呈现出典型的晶粒状结构。
参考文献：
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