[發明專利]一種TiAl/Ti3SiC2復合板材及其制備方法

有效

• 申請號: 201410208677.4
• 申請日: 2014-05-16
• 公開（公告）號: CN104057667A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 陳國清;付雪松;于鐵;湯華平
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B32B18/00
• 分類號: B32B18/00;B22F7/04;C04B35/56;C22C14/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種TiAl/Ti₃SiC₂復合板材及其制備方法，屬于復合材料制備領域。

背景技術

Ti3SiC2兼有金屬與陶瓷的諸多優點，是一種優良的高溫結構陶瓷材料。但是，在常溫下由于其硬度低、脆性大以及較低的抗蠕變強度嚴重阻礙了其應用，制備成層狀復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度、比剛度、高的屈服強度和蠕變強度，以及較好的抗氧化性能，常被用作陶瓷復合材料的強化相。更重要的是，TiAl基合金的熱膨脹系數與Ti3SiC2接近，同時TiAl基合金與Ti3SiC2陶瓷的應力相容性好，可以用來強化Ti3SiC2的高溫性能。但是現有的TiAl基強化Ti3SiC2主要采用彌散強化的方法，即，通過將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，界面結合差等問題。本發明提出了采用預鋪粉體法制備TiAl/Ti3SiC2層狀復合板的方法，是一種前景廣闊，簡單可行的制備技術。現有的金屬陶瓷層狀復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雜，制備效率低，通常只能制備厚度在微米級的層狀材料。軋膜成型是一種非常成熟的薄坯成型工藝。軋膜工藝通常用來軋制1mm以下的坯片，最常見的為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方向受到輾壓，在寬度方向缺乏足夠的壓力，使有機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似，也是一種流態成型的方法，成型前通過調節濃度、pH值，來調節粘度，使漿料充分流動，所不同的是它無須有機粘合劑，并一步可成。包套軋制法將用于復合的材料板復合面拋光，然后將材料用包覆材料進行包套處理，在一定的軋制溫度和軋制道次下制得層狀復合材料。元素粉體法是將復合材料反應所需的元素粉體按照預設要求層疊鋪設，之后在一定的溫度進行燒制，復合材料在燒結過程中通過元素粉體的反應制得。

目前主流的層狀復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層狀復合板材；徐磊等人(200510046728.9)利用包套軋制法制得Ti-TiAl3層狀復合板材；陳玉勇等人(200710071714.1)利用元素粉體法制備TiAl復合板材等等。目前層狀復合材料的制備集中在金屬間化合物復合板材領域，關于TiAl/Ti3SiC2這一類金屬陶瓷層狀復合材料的制備方法尚屬空白，本發明提出了一種采用預鋪粉體法制備TiAl/Ti3SiC2復合板材的方法。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用預鋪粉體法制備TiAl/Ti₃SiC₂復合板材的方法。本發明制備的由Ti₃SiC₂陶瓷層和TiAl基合金層交替疊層連接而成的層狀復合材料，并利用熱壓燒結達到良好的界面結合。

一種TiAl/Ti₃SiC₂復合板材，該TiAl/Ti₃SiC₂復合板材包括TiAl基合金層和Ti₃SiC₂陶瓷層。TiAl基合金層的成分為Ti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Ti、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復合板材中TiAl基合金層和Ti₃SiC₂陶瓷層的疊放總層數不少于兩層。

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。