[發明專利]一種原位合成碳化鈦增強鈦基多孔材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410372169.X
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104141063A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 邱貴寶;廖益龍;盧治能;楊柳;肖健;白晨光;呂學偉;扈玫瓏;徐健;張生富
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C22C14/00
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李明

技術領域

本發明涉及泡沫金屬材料技術領域，尤其涉及一種原位合成碳化鈦增強鈦基多孔材料的制備方法。

背景技術

材料的多孔化，賦予多孔材料嶄新的優異性能，使其具備致密材料無法比擬的用途，從而擴寬了泡沫材料的研究領域和應用范圍。而多孔鈦基復合材料（簡稱TMC）是以金屬鈦作為基體，加入某種第二相材料作為增強體，構成的復合材料。相比于傳統鈦合金，鈦基復合材料在比強度和比模量可以進一步提高，優異的抗蠕變和抗疲勞性能，以及優良的高溫性能和耐腐蝕性能。鈦基復合材料在原合金的基礎上提高耐磨性和耐熱性，提高彈性模量，擴大了其的應用范圍；同時，也可以加工成形狀復雜的零部件，易于成形和加工；鈦基復合材料耐高溫，耐侵蝕，可在更復雜的條件下作為結構材料，制備加工容易，經濟性優良。鈦基復合材料應用前景十分廣闊，是一種改善傳統鈦材性能、擴展鈦材應用領域的新途徑。

在復合材料的制備過程中，保證增強體與基體之間良好的相容性是一個重要的條件。在相容性差的體系中，即使材料可以制備出，使用過程中，也會發生基體與增強體會分離脫落，從而導致整個復合材料破壞失效。而TiC顆粒與鈦密度接近（TiC密度為4.94g/cm³，而Ti的密度為4.51g/cm³），彈性模量工業純鈦為110GPa，而TiC的彈性模量為430GPa；熱膨脹系數Ti為8.2×10^-6/K，TiC的熱膨脹系數為7.4×10^-6/K，低的熱膨脹系數使其具有良好的抗熱疲勞性能，泊松比相同，親和性好，且在鈦基體中具有較好的熱穩定性和化學穩定性，所以碳化鈦作為增強體在鈦基體復合材料中應用對提高多孔鈦基材料的強度具有重要意義。

Nukami等在差熱分析實驗表明，Ti和C之間的自蔓延高溫合成反應在溫度達到1500K之前就已進行，其增強體的長大機理包括兩個方面：（1）擴散機制，（2）溶解-析出機制。Tong等人對此進行了熱力學和動力學計算，結果表明，當溫度低于1554K時，TiC長大機理以擴散機制為主，而溫度高于1554K時，以溶解-析出機制為主。Nukami和Tong在理論上都取得了很大的突破，而在制備條件和制備方法上較為復雜。周等人采用粉末冶金熱壓法，通過鈦粉與石墨、B₄C和稀土硼化物LaB₆粉末的化學反應，原位合成了TiB、TiC和稀土氧化物La₂O₃多元增強的鈦基復合材料。肖等通過熔煉法制備了TiB和Nd₂O₃增強的鈦基復合材料，其中Nd₂O₃的形貌比較復雜，有細小片狀、板條狀及球狀。周和肖等人在復合材料的制備過程中都摻雜了稀土氧化物，工藝較為復雜，能耗高，成本昂貴，且成份不易控制。

上述這些關于鈦基多孔復合材料的研究，在制備工藝上都較為復雜，并且都只在實體鈦基復合材料上做了研究。而在鈦基多孔復合材料的制備及其性能方面，現有的相關文獻資料很少，也缺乏系統的研究，特別是缺乏對其動態的力學性能和特性的研究。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種原位合成碳化鈦增強鈦基多孔材料的制備方法，用以解決現有技術的多孔鈦制備工藝所得的鈦基多孔材料抗腐蝕性差、材料性能惡化、較耐用時間短、工藝復雜、能耗高、成份難控的問題。

為實現上述目的，本發明采用了如下技術手段：

一種原位合成碳化鈦增強鈦基多孔材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）稱取1~2.5重量份的碳粉和97.5~99重量份的鈦粉，構成總重為100重量份的混合粉末，并外加與該100重量份混合粉末相同體積的尿素，在研體內混合，且在混合過程中按每千克碳粉、鈦粉和尿素的混合物外配5~10ml無水乙醇的比例加入無水乙醇；其中，尿素的粒度為1.00~1.18mm，鈦粉的粒度為300~400目，碳粉粒度為400~500目；

（2）用鋼制模具將前一步所得的混合料靜壓成型，單向壓制壓力為200~250MPa，保壓時間為1~1.5min，脫模得到生坯；