[發明專利]一種閉孔隙TiAl基多孔絕熱材料的制備方法

無效

• 申請號: 201310555757.2
• 申請日: 2013-11-11
• 公開（公告）號: CN103589889A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 李達人;韓勝利;崔利群;蔡一湘
• 申請（專利權）人: 廣州有色金屬研究院
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C21/00;C22C14/00
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所 44216
• 代理人: 千知化

技術領域

本發明屬于金屬間化合物領域，尤其涉及一種多孔絕熱TiAl合金材料的制備方法。

背景技術

防熱問題是研制各種航天飛行器最大的技術難題之一。金屬可重復使用的熱防護系統（TPS）可以進一步減輕結構質量，提高堅固耐用性，減少維護維修成本，是當今研制航天飛行器大面積TPS的第一方案。而作為一種新興的金屬TPS用材料，γ-TiAl合金的最高使用溫度可達980℃，但其密度還不到鎳基高溫合金的一半，也使得TiAl基多孔材料非常具有吸引力。

閉孔隙多孔絕熱材料導熱系數小，閉孔泡沫鋁材料的導熱率僅為其基體金屬材料的1/10~1/80，熱量在閉孔隙多孔絕熱材料結構內部傳播時，受到孔內氣體介質的阻隔，較大的比表面積也加快了熱量的散失，減弱熱量傳遞效率，隔熱性能優良。與開孔隙多孔絕熱材料相比較，閉孔隙多孔材料強度更高，力學性能優良。TiAl基合金在反應燒結過程中由于元素偏擴散造成Kirkendall效應，能生成大量的孔隙，且難以完全被消除，這種由于化學反應生成孔隙的現象，十分有利于金屬多孔材料的制備。經過預成形的坯料再經反應燒結用于具有特殊截面的TiAl基多孔型材的制備，成本低，產量高，工藝簡單。CN101503767A將高純Al板置于多孔Ti基體板坯之上，熔滲燒結后，制得TiAl金屬間化合物多孔坯。CN1640529A采用Ti、Al元素粉末制備無機膜，利用Al元素偏擴散引起的Kirkendall效應可造成TiAl合金20~30%的開孔率。

國內外TiAl基合金的研究主要集中在結構材料方面，而對于TiAl基多孔功能材料的研究在國內外也已經有了部分報道，但主要集中在新型過濾材料和固體電解電容器陽極材料兩方面的應用上。對于TiAl基多孔絕熱材料的研究鮮有報道。由于TiAl基多孔體型材的成型和內部孔隙結構的控制十分困難，孔隙微觀結構對隔熱性能的研究也很少見，因此具有良好閉孔隙結構TiAl基多孔型材的制備以及對其孔隙特性的研究將填補這一領域的空白。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有良好孔隙率、壓縮強度和熱導率的閉孔隙TiAl基多孔絕熱材料的制備方法。

本發明的閉孔隙TiAl基多孔絕熱材料的制備方法步驟如下：①將純度為99.5%、50μm的Ti粉和純度為99.9%、30~600μm的霧化球形Al粉，按Ti:Al摩爾比為3:1~1:2混合；②將上述混合粉在壓力為800MPa下冷壓制坯；③將冷壓坯在真空度5×10^-3Pa、溫度620℃下燒結4h，得到所述閉孔隙TiAl基多孔絕熱材料。

與現有技術相比，本發明制備的TiAl閉孔隙多孔絕熱材料孔隙度可達60%，壓縮強度可達275MPa，材料強度高；最小熱導率為3.3W/(m·K)，材料導熱系數小，隔熱性能優良。本發明制備工藝簡單、成本低，有利于規模化生產。

附圖說明

1）圖1為實施例一的多孔絕熱材料金相顯微組織照片。

2）圖2為實施例二的多孔絕熱材料金相顯微組織照片。

3）圖3為實施例三的多孔絕熱材料金相顯微組織照片。

4）圖4為實施例四的多孔絕熱材料金相顯微組織照片。

具體實施方式

實施例一

將純度為99.5%、50μm的Ti粉和純度為99.9%、30μm的霧化球形Al粉，按摩爾比3:1混合。混合后的Ti/Al復合粉經800MPa冷壓制坯，坯料緩慢升溫到620℃燒結，保溫4h，然后冷卻，整個燒結過程中真空度5×10^-3Pa。制得多孔絕熱材料的壓縮強度為175MPa，孔隙率為58%，熱導率為4.02W/(m·K)。圖1的金相顯微組織照片可見，孔隙基本全是互不連通的閉孔隙，且孔隙的形狀比較規則，孔徑分布均勻，孔徑細小。

實施例二

將純度為99.5%、50μm的Ti粉和純度為99.9%、124μm的霧化球形Al粉，按摩爾比2:1混合。混合后的Ti/Al復合粉經800MPa冷壓制坯，坯料緩慢升溫到620℃燒結，保溫4h，然后冷卻，整個燒結過程中真空度5×10^-3Pa。制得多孔絕熱材料的壓縮強度為275MPa，孔隙率為60%，熱導率為3.3W/(m·K)。圖2的金相顯微組織照片可見，有少量的孔隙連接在一起，形成了更大的不規則的連通孔隙。

實施例三