碳化物，搞合金的小伙伴再熟悉不过了。碳化物的制备方法有多种，这里就不一一介绍了。下面主要想给大家介绍一种全新的方法，大部分人也没有听说过的方法。那下面就直接进入主题吧。

碳化物，用传统合成方法有合成温度高，产物颗粒偏大的缺点；如果采用机械合金化法可以降低合成温度，甚至在室温下便能诱导自蔓延反应制备粉末产物，但是此方法存在效率低，易引入杂质等问题。而等离子球磨是一种新型外场辅助球磨方法，其通过机械能与等离子体能耦合作用，可以显著提高球磨效率。本论文采用等离子球磨合成TiC、Ti(C,N)、ZrC及Al4C3 ，并与普通球磨工艺进行对比，重点介绍一下等离子体对原位固-固和气-固体系自蔓延反应的增益效果。

一、等离子球磨合成TiC

图1：Ti-石墨复合粉末经等离子球磨不同时间后产物 XRD 图

图2 ：Ti-石墨复合粉末经普通球磨不同时间后产物 XRD 图

实验表明，等离子球磨 Ti-石墨复合粉体制备 TiC，自蔓延反应时间为 3.5~4h，而在普通球磨中，该反应时间为 7~7.5h。等离子体可以辅助“点燃”活性粉体自蔓延反应，等离子体放电电流增大，则粉体活化效率增加，而减小放电气体压强，则导致等离子体能量降低，自蔓延反应周期增长。

将碳源由石墨调整为活性炭以及减少原始配比中石墨含量，自蔓延反应周期缩短。（备注：P代表等离子球磨，C代表普通球磨）

二、等离子球磨合成Ti(C,N)

图3：Ti-石墨复合粉末在N₂气中等离子球磨不同时间后产物的XRD图：（a）0h；（b）P-2h；（c）P-2.5h；（d）P-5h；（e）P-8h

图 4：氮气等离子球磨 8h 后粉末的微观分析：（a）TEM 图，（b）选区电子衍射花样，（c）HR-TEM 图，（d）TEM 明场像及对应的元素分布图（e）Ti、（f）C 和（g）N；米颗粒产物为fcc结构，且微区Ti、C和N元素分布均匀

图5：Ti-石墨复合粉末在N2气中普通球磨不同时间后产物的XRD图：（a）0h；（b）C-2h；（c）C-5h；（d）C-8.5h；（e）C-9h

等离子球磨Ti-0.5C-N₂ 体系，球磨至 2~2.5h，自蔓延反应发生。在普通球磨中，自蔓延反应发生时间范围为 8.5~9h。等离子体在Ti-C-N₂ 体系中也能辅助“点燃”活性粉末的自蔓延反应。（备注：P代表等离子球磨，C代表普通球磨）

三、等离子球磨Zr-C体系合成ZrC

图6：球磨不同时间后 Zr-石墨复合粉末的 XRD 图：（a）0h，（b）P-5h，（c）P-10h，（d）P-15h，（e）P-20h，（f）P-25h，（g）P-30h，（h）C-30h
等离子球磨 Zr-石墨复合粉体，ZrC 粉体在球磨形成过程中便能得到有效细化，球磨30h 后得到单相 ZrC 粉体，且 ZrC 在球磨过程中形成机制为扩散形核机制。而普通球磨 30h 后，Zr 碳化反应还未进行完全。

四、等离子球磨Al-C体系合成Al4C3

图7：球磨不同时间后 Al-石墨复合粉末的 XRD 图:（a）0h；（b）P-1h；（c）P-3h；（d）P-5h；（e）P-10h；（f）C-10h

图8：等离子球磨后粉末经（a）600℃；（b）700℃；（c）800℃烧结 3h 后复合粉末的 XRD 图