[發(fā)明專(zhuān)利]一種TiAl/Ti3SiC2復(fù)合板材及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410208677.4
• 申請(qǐng)日: 2014-05-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104057667A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳國(guó)清;付雪松;于鐵;湯華平
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B32B18/00
• 分類(lèi)號(hào): B32B18/00;B22F7/04;C04B35/56;C22C14/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專(zhuān)利中心 21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種TiAl/Ti₃SiC₂復(fù)合板材及其制備方法，屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

Ti3SiC2兼有金屬與陶瓷的諸多優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)良的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料。但是，在常溫下由于其硬度低、脆性大以及較低的抗蠕變強(qiáng)度嚴(yán)重阻礙了其應(yīng)用，制備成層狀復(fù)合材料是克服以上缺陷的有效途徑。TiAl基合金由于其高的比強(qiáng)度、比剛度、高的屈服強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度，以及較好的抗氧化性能，常被用作陶瓷復(fù)合材料的強(qiáng)化相。更重要的是，TiAl基合金的熱膨脹系數(shù)與Ti3SiC2接近，同時(shí)TiAl基合金與Ti3SiC2陶瓷的應(yīng)力相容性好，可以用來(lái)強(qiáng)化Ti3SiC2的高溫性能。但是現(xiàn)有的TiAl基強(qiáng)化Ti3SiC2主要采用彌散強(qiáng)化的方法，即，通過(guò)將TiAl基合金粉體與Ti3SiC2·陶瓷粉體充分混合，使得TiAl基合金顆粒成為第二相分散在Ti3SiC2基體中，但存在著第二相顆粒分布不均，界面結(jié)合差等問(wèn)題。本發(fā)明提出了采用預(yù)鋪粉體法制備TiAl/Ti3SiC2層狀復(fù)合板的方法，是一種前景廣闊，簡(jiǎn)單可行的制備技術(shù)。現(xiàn)有的金屬陶瓷層狀復(fù)合材料制備方法主要有電泳沉積法、軋膜成型法、流延成型法、注漿成型、包套軋制法及元素粉體法等。其中電泳沉積法工藝復(fù)雜，制備效率低，通常只能制備厚度在微米級(jí)的層狀材料。軋膜成型是一種非常成熟的薄坯成型工藝。軋膜工藝通常用來(lái)軋制1mm以下的坯片，最常見(jiàn)的為0.15mm左右。由于軋輥的工作方式，使坯料只在厚度方向和前進(jìn)方向受到輾壓，在寬度方向缺乏足夠的壓力，使有機(jī)物分子和粉料都具有一定的定向作用。流延成型(Tape casting)是薄片陶瓷材 料的一種重要成型方法，該工藝適合成型0.2mm～3mm厚度的片狀陶瓷制品。注漿成型同流延法成型相類(lèi)似，也是一種流態(tài)成型的方法，成型前通過(guò)調(diào)節(jié)濃度、pH值，來(lái)調(diào)節(jié)粘度，使?jié){料充分流動(dòng)，所不同的是它無(wú)須有機(jī)粘合劑，并一步可成。包套軋制法將用于復(fù)合的材料板復(fù)合面拋光，然后將材料用包覆材料進(jìn)行包套處理，在一定的軋制溫度和軋制道次下制得層狀復(fù)合材料。元素粉體法是將復(fù)合材料反應(yīng)所需的元素粉體按照預(yù)設(shè)要求層疊鋪設(shè)，之后在一定的溫度進(jìn)行燒制，復(fù)合材料在燒結(jié)過(guò)程中通過(guò)元素粉體的反應(yīng)制得。

目前主流的層狀復(fù)合材料制備方法為包套軋制法和元素粉體法。例如：孔凡濤等人(200510009906.0)利用包套軋制法制得TiAl-Ti層狀復(fù)合板材；徐磊等人(200510046728.9)利用包套軋制法制得Ti-TiAl3層狀復(fù)合板材；陳玉勇等人(200710071714.1)利用元素粉體法制備TiAl復(fù)合板材等等。目前層狀復(fù)合材料的制備集中在金屬間化合物復(fù)合板材領(lǐng)域，關(guān)于TiAl/Ti3SiC2這一類(lèi)金屬陶瓷層狀復(fù)合材料的制備方法尚屬空白，本發(fā)明提出了一種采用預(yù)鋪粉體法制備TiAl/Ti3SiC2復(fù)合板材的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種利用預(yù)鋪粉體法制備TiAl/Ti₃SiC₂復(fù)合板材的方法。本發(fā)明制備的由Ti₃SiC₂陶瓷層和TiAl基合金層交替疊層連接而成的層狀復(fù)合材料，并利用熱壓燒結(jié)達(dá)到良好的界面結(jié)合。

一種TiAl/Ti₃SiC₂復(fù)合板材，該TiAl/Ti₃SiC₂復(fù)合板材包括TiAl基合金層和Ti₃SiC₂陶瓷層。TiAl基合金層的成分為T(mén)i和Al，其中Ti的摩爾百分含量為50％～60％，Al的摩爾百分含量為40％～50％。Ti₃SiC₂陶瓷層的成分為T(mén)i、Si與C，其中Ti的摩爾百分含量為40％～60％，Si的摩爾百分含量為10％～20％，C的摩爾百分含量為30％～40％。

所述的TiAl/Ti₃SiC₂復(fù)合板材中TiAl基合金層和Ti₃SiC₂陶瓷層的疊放總層數(shù)不少于兩層。

所述的TiAl基合金層和Ti₃SiC₂陶瓷層為等厚或不等厚疊放。

一種TiAl/Ti₃SiC₂復(fù)合板材的制備方法，具體步驟如下：

(1)將Ti粉、Si粉、C粉按照上述比例混合并干燥，將干燥后的粉體置于模具中壓坯，得到Ti₃SiC₂陶瓷的原料素坯。