[發明專利]一種原位TiB2-Ti5Si3復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201019100012.0
• 申請日: 2010-02-08
• 公開（公告）號: CN101811190A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 王慧遠;姜啟川;呂思婕;李進彪;楊治政
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B22F3/23
• 分類號: B22F3/23
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林;王壽珍

技術領域

本發明涉及復合材料領域，特別是涉及一種原位TiB₂-Ti₅Si₃復合材料及其制備方法。

背景技術

由于高熔點金屬間化合物Ti₅Si₃具有良好的高溫強度和抗蠕變性能，以及優良的高溫抗 氧化能力和耐腐蝕性能而備受青睞。但是，Ti₅Si₃的室溫脆性大，斷裂韌性低，限制了其應 用。從材料的內在屬性出發，復合化是解決Ti₅Si₃脆性問題的有效途徑。近年來，國際上有 關雙金屬間化合物復合材料的研究較多，而采用陶瓷復合金屬間化合物的研究相對較少。發 表在“Materials?Science?and?Engineering?A，1999，269：129-135”的研究論文顯示，體積百分 比為20的ZrO₂和Ti₅Si₃的復合化提高了材料的斷裂韌性；此外，發表在“Journal?of?the European?Ceramic?Society，2002，22：551-558”的研究論文表明，體積百分比為14～35的TiC 和Ti₅Si₃復合材料隨原位陶瓷分數的增加其斷裂韌性從3.0增加到～4.2MPa·m^1/2。陶瓷顆粒 TiB₂因具有高熔點、高硬度、低密度和良好的導熱性等優異性能而非常適合作為Ti₅Si₃的增 強體。遺憾的是，有關TiB₂陶瓷增強Ti₅Si₃的研究極少。

燃燒合成反應是利用反應物發生化學反應過程釋放的熱效應使反應自行維持，從而合成 新的物相。燃燒合成反應具有工藝簡便、設備簡單、能耗低、合成速度極快以及低污染等優 點，被廣泛應用于制備陶瓷和金屬間化合物等高溫材料。由于TiB₂陶瓷和Ti₅Si₃金屬間化合 物的形成過程均屬于高反應放熱，因此，燃燒合成技術非常適用于TiB₂陶瓷增強Ti₅Si₃金屬 間化合物復合材料的制備。

發明內容

本發明的目的是提供一種工藝簡便、設備簡單、能耗低，且易于推廣應用的原位 TiB₂-Ti₅Si₃復合材料及其制備方法。

本發明的技術方案是：在高純氬氣的保護下，將一定比例的B粉、Si粉和Ti粉的反應 物壓坯放置在燃燒合成裝置內進行燃燒合成反應。在反應結束后，對反應物壓坯進行加壓致 密化，制備出原位TiB₂陶瓷增強Ti₅Si₃金屬間化合物復合材料。具體工藝過程包括反應物壓 坯的制備和反應形成原位TiB₂陶瓷增強Ti₅Si₃金屬間化合物復合材料兩個階段：

1)反應物壓坯制備：

a.反應物壓坯組成：由粉料粒度小于44微米的B粉、Si粉和Ti粉組成，其中B粉的 重量百分比為0.3≤B≤6.2，Si粉的重量百分比為20.8≤Si≤25.8，其余為Ti粉；

b.混料：按照上述比例稱取粉料，并裝入球磨機中混料6±1小時，使之混合均勻；

c.壓制成型：把混合均勻的粉料放入模具中，在室溫下壓制成型，且壓坯緊實率為70 ±6％；

2)反應形成原位TiB₂-Ti₅Si₃復合材料：

a.預熱：將反應物壓坯放置在燃燒合成裝置中，抽真空后通入1個大氣壓的高純氬氣 進行保護，用電阻絲將反應物壓坯加熱到450～600度進行預熱，并保溫20～25分鐘；

b.燃燒合成反應：繼續利用電阻熱對反應物壓坯進行加熱，直至其發生燃燒合成反應； 或者在反應物壓坯底端用鎢極產生的電弧熱進行點燃，引發燃燒合成反應；