[發(fā)明專利]陶瓷-TiAl微疊層復(fù)合材料板材及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110301598.4
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102501457A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 耿林;崔喜平;彭華新;范國華;李愛斌;張杰;黃陸軍
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B32B15/04
• 分類號: B32B15/04;B32B18/00;B32B37/06;B32B37/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務(wù)所 23109
• 代理人: 何強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微疊層復(fù)合材料板材及其制備方法。

背景技術(shù)

TiAl基合金是21世紀最具有發(fā)展?jié)摿Φ妮p質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料之一。作為超音速飛行器和未來渦輪發(fā)動機的結(jié)構(gòu)部件以及熱防護系統(tǒng)使用的結(jié)構(gòu)材料，TiAl基合金板材和箔材需求迫切。目前傳統(tǒng)熱軋制方法制備TiAl基合金板材的難度相當大，需要采用特殊包套軋制和等溫軋制等特殊軋制工藝，軋制條件要求十分苛刻，設(shè)備要求很高，大大提高了工藝成本；此外單體TiAl金屬間化合物板材的高溫強度、蠕變抗力和持久性能等高溫性能難以滿足航空航天高溫部件在800～1000℃工作的使用要求。以上不足嚴重阻礙了TiAl基合金的應(yīng)用。陶瓷顆粒或晶須增強的TiAl基復(fù)合材料可以解決上述難題，然而粉末冶金和鑄造等傳統(tǒng)方法制備的陶瓷顆粒增強TiAl基復(fù)合材料中細小的陶瓷顆粒增強體均勻分布在TiAl基體中，導(dǎo)致此種結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料板材的斷裂韌性不能滿足使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決單體TiAl金屬間化合物在800～1000℃強度不足以及采用粉末冶金和鑄造等傳統(tǒng)方法制備出的陶瓷顆粒增強TiAl基復(fù)合材料中細小的陶瓷顆粒增強體均勻分布在TiAl基體中的TiAl復(fù)合材料板材的斷裂韌性不足的問題，而提供的一種陶瓷-TiAl微疊層復(fù)合材料板材及其制備方法。

本發(fā)明陶瓷-TiAl微疊層復(fù)合材料板由純Ti箔和陶瓷增強的Al基復(fù)合材料箔材交替疊放、軋制及熱處理制成，陶瓷增強的Al基復(fù)合材料箔材由陶瓷增強體和純Al粉熱壓燒結(jié)及軋制制成；陶瓷-TiAl微疊層復(fù)合材料板材中陶瓷層和TiAl層交替重疊，疊層間距為20～200μm。

上述陶瓷-TiAl微疊層復(fù)合材料板材按以下步驟制備：

一、將陶瓷增強體和純Al粉混合后采用熱壓燒結(jié)及軋制制備出陶瓷增強的Al基復(fù)合材料，然后陶瓷增強的Al基復(fù)合材料在溫度為20～500℃條件下軋制，得到陶瓷增強的Al基復(fù)合材料箔材；

二、將純Ti箔和陶瓷增強的Al基復(fù)合材料箔材交替疊放于鋁合金套中并抽氣密封，再在20～600℃條件下進行軋制，得到Ti-陶瓷增強Al基復(fù)合材料的微疊層板材；

三、將Ti-陶瓷增強Al基復(fù)合材料的微疊層板材放入真空熱處理爐中，在640～850℃條件下反應(yīng)退火1～20h，得到Ti-陶瓷-TiAl₃微疊層板材；

四、將Ti-陶瓷-TiAl₃微疊層板材放入真空熱壓燒結(jié)爐中進行致密化處理，致密化處理溫度為900～1300℃、致密化處理保溫時間為1～6h、致密化處理壓力為5～100MPa；

五、將經(jīng)過致密化處理的微疊層板材置于850～1400℃環(huán)境中高溫?zé)崽幚?～40h，然后在1300～1400℃條件下均勻化退火10～60min，即得到疊層間距為20～200μm的陶瓷-TiAl微疊層復(fù)合材料板材。

厚度定義為100nm～1mm的微疊層材料是通過對自然界貝殼結(jié)構(gòu)的仿生學(xué)設(shè)計制備的超細層狀結(jié)構(gòu)材料，微疊層材料可以補償單層材料內(nèi)在性能的不足，得到強、韌最佳配合的材料。本發(fā)明陶瓷-TiAl微疊層復(fù)合材料板疊層間距為20～200μm，疊層間距小限制了位錯的移動和缺陷的尺寸，從而提高陶瓷增強TiAl基復(fù)合材料的性能。

本發(fā)明之前的研究都是集中于金屬/金屬間化合物微疊層復(fù)合材料、金屬/金屬微疊層復(fù)合材料和陶瓷/陶瓷微疊層復(fù)合材料，而沒有陶瓷/金屬間化合物微疊層材料的研究。而且與現(xiàn)有微疊層材料制備方法(等離子噴涂法，物理氣相沉積法，磁共濺射法等)相比本發(fā)明陶瓷-TiAl微疊層復(fù)合材料板材的制備方法具有設(shè)備要求低，成本低，可用于制備厚度較大板材的優(yōu)點。