[發明專利]一種無壓燒結鈦/氧化鋁梯度復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610500096.7
• 申請日: 2016-06-30
• 公開（公告）號: CN106119583B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 徐菡卿;王志;吳俊彥;李慶剛
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;B22F3/00;B22F7/02
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所37218
• 代理人: 張世靜

技術領域

本發明涉及一種鈦/氧化鋁梯度復合材料的制備方法，具體為逐層布料、壓制成型及無壓燒結制備致密的鈦/氧化鋁梯度復合材料的方法。

背景技術

梯度材料是指材料組成和結構從一側向另一側呈梯度連續變化，從而使材料的性質和功能也呈梯度變化的一種非均質復合材料。由于材料宏觀特性是不均勻的，所以材料兩面的物理和化學性能可以完全不同（如一側是電或熱的絕緣體，而另一側卻是電或熱良導體等）；同時，宏觀性能又是呈梯度逐漸變化的，不產生或幾乎不產生內應力，整體有著良好的力學性能。目前，梯度材料在航空航天，電子設備制造領域得到一定的應用。例如，航天飛機發動機燃燒室壁燃燒氣體一側溫度在2000℃以上，而另一側直接接觸致冷材料液氫，其溫差大于1000℃，導致機體材料內部將產生巨大的熱應力，對材料提出十分苛刻的要求，而均一耐熱材料已不能滿足此要求，而梯度材料可以很好地解決這個問題。但是，現有技術中梯度材料的制備一般采用熱壓法，不同材料接觸面力學性能較差。

氧化鋁陶瓷是一種應用廣泛的陶瓷材料，但是它韌性較低的特點限制它在一些領域的應用。而鈦與氧化鋁有著優良的物理化學相容性，使得鈦增韌氧化鋁材料成為可能。均質鈦/氧化鋁復合材料的研究取得了一定的進展，并在一些領域得到了應用。制備鈦/氧化鋁梯度材料，改變均質材料性能均一的缺陷，使鈦/氧化鋁復合材料能夠滿足特殊的應用需求是一個需要解決的技術問題。

發明內容

為了解決以上技術問題，本發明提供了一種基于無壓熱壓燒結鈦/氧化鋁梯度復合材料的制備方法。通過分組混料、分層布料的方式，結合無壓燒結，制備出制備方法簡單，物理化學性能各異，整體力學性能優良的鈦/氧化鋁梯度復合材料。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案包括以下步驟：

一種鈦/氧化鋁梯度復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

一、鈦/氧化鋁混合粉料的制備

將鈦粉、氧化鋁粉按比例稱量，以酒精為分散介質，氧化鋁球為球磨介質，使用聚四氟乙烯罐球磨4h；球磨后的料漿置于干燥箱中在60℃條件下干燥24h；將干燥后的粉料過80目篩得到鈦/氧化鋁混合粉料。

二、逐層布料

使用內徑為45mm，外徑120mm，高120mm的石墨套筒和帶有直徑45mm長120mm柱體的石墨壓頭作為布料工具，將壓頭倒置在工作臺上，柱體穿過石墨套筒，在石墨套筒和壓頭之間放置載玻片，使石墨套筒上升，在石墨套筒內布置一層混合粉料，然后再在石墨套筒和壓頭之間繼續放置相同數量的載玻片，石墨套筒上升后在其內布置第二層粉料，重復此步驟，直至粉料布滿或達到布料要求。

三、壓制成型

原料粉在磨具中經20MPa的壓力初壓成型后取出，再使用冷等靜壓機在150MPa條件下保壓2分鐘。

四、燒結

將上述坯體在1400-1650℃條件下燒結，保溫1-4h，得到燒結樣品；升溫速率為5-10℃每分鐘。

本發明相比現有技術的優越性在于：

本發明相較于均質鈦/氧化鋁復合材料有較好的整體力學性能。在彎曲行為發生時，受壓應力的一側陶瓷相較多則硬度強度較高承受能力好，受拉應力的一側金屬鈦相較多，由于其韌性強，吸收的斷裂能較高彌補了陶瓷相較脆的特性，提高材料整體的斷裂韌性。于此同時，材料的兩底面由于成分比例的不同，會具有不同的物理和化學性能。

本工藝制備過程簡單，成品層厚可控。此外，在燒結過程中少量金屬液相的生成，促進了燒結進行，便于提高產品的致密度。

附圖說明

圖1為對布料模具及模式示意圖；

圖2為實施例1中制備試樣的SEM圖；

圖3為實施例1中制備試樣的能譜分析圖譜。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步的說明。

實施例1