[發明專利]核殼結構碳包覆鈦及鈦合金復合粉體及其制備方法

有效

• 申請號: 201711067387.2
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107824786B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 楊亞鋒;李少夫;朱慶山;譚沖
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;C23C16/26
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 喻穎

一種核殼結構碳包覆鈦及鈦合金復合粉體及其制備方法，所述復合粉體以鈦或鈦合金粉體為核，以石墨顆粒、碳納米管、碳納米棒、無定形碳中一種或者多種碳物質為殼。本發明的復合粉體的制備方法是通過流化床化學氣相沉積技術實現的，所述復合粉體具有產品純凈、雜質含量低，碳包覆層與鈦基體之間結合力強、不易脫落，碳物質在粉體表面分布均勻、含量可控等優點。該復合粉體可以直接作為碳增強鈦基復合材料的生產原料，能夠解決傳統粉末冶金技術制備碳增強鈦基復合材料中存在的富碳相分布不均勻、數密度不易控制、雜質含量過高等問題。

技術領域

本發明涉及一種核殼結構碳包覆鈦及鈦合金復合粉體及其制備方法，屬于鈦基復合材料原料技術領域。

背景技術

鈦基復合材料具有高比強度、優異的耐腐蝕性能和高溫力學性能等諸多優點，有望在汽車工業、航空航天、海洋工程、生物醫學等高新技術領域獲得廣泛應用。研究表明，由于碳化鈦和碳納米管與鈦基體之間的良好相容性，同時還具有優異的高溫力學性能、抗腐蝕性能、高溫熱穩定性等優點，因此非常適合作為鈦基復合材料的增強相。目前，一般通過機械混合法使鈦粉或者鈦合金粉體原料與碳納米管、碳化鈦或者其他類型碳源混合均勻，然后采用材料成型技術制備得到碳化鈦或碳納米管增強鈦基復合材料。然而，通過上述方法制備得到的鈦基復合材料卻由于存在以下幾個缺點而制約了它們在工程方面的應用：(1)增強相在基體內分布不均勻導致第二相強化效果不理想甚至發生偏聚引起材料的脆性斷裂；(2)粉體原料在機械混合過程中引入大量氧、氮等雜質導致增強相與基體之間的兩相界面非常脆弱；(3)碳納米管的組織結構完整性會在機械混合過程中遭到破壞，從而損害了它們對于鈦基體的第二相強化效果。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種核殼結構碳包覆鈦及鈦合金復合粉體及其制備方法，以便解決上述問題的至少之一。

本發明是通過如下技術方案實現的：

作為本發明的一方面，提供一種核殼結構碳包覆鈦及鈦合金復合粉體，所述復合粉體以鈦或鈦合金粉體為核，以石墨顆粒、碳納米管、碳納米棒、無定形碳中一種或者多種碳物質為殼。

作為本發明的另一方面，提供一種核殼結構碳包覆鈦及鈦合金復合粉體的制備方法，包括以下步驟：

(1)將除氧劑加入除氧系統中的流化床中，將粉體原料加入化學氣相沉積系統的流化床中，檢查反應裝置的氣密性，然后通入高純惰性氣體排盡裝置里的空氣；

(2)除氧系統中的流化床和化學氣相沉積系統的流化床放入各自的達到預設反應溫度的加熱設備中，穩定后減小惰性氣體流量，同時按照配比通入高純乙炔和高純氫氣進行化學氣相沉積反應；

(3)化學氣相沉積反應后，停止通高純氫氣和高純乙炔，同時提高惰性氣體的氣速，穩定后取出兩個流化床，冷卻至室溫，取出流化床反應器中碳包覆鈦或鈦合金復合粉體并存放。

優選地，步驟(1)中，所述除氧系統中的流化床為柱形石英流化床，所述化學氣相沉積系統中的流化床為套式石英流化床。

優選地，步驟(1)中，所述除氧劑為氫化脫氫鈦粉，粉體粒度為50～150μm；所述粉體原料為氫化脫氫鈦粉或者氫化脫氫鈦合金粉體，粉體純度高于98％，粉體粒度為30～150μm。

優選地，步驟(1)中，所述惰性氣體為不與粉體反應的氣體，如氦氣、氖氣或氬氣。

優選地，步驟(1)中，所述高純惰性氣體純度高于99.9999％，高純惰性氣體的通入氣速為300～800sccm，排氣時間為30～60min。

優選地，步驟(2)中，所述除氧系統中的加熱設備預設反應溫度為450～550℃，所述化學氣相沉積系統中的加熱設備預設反應溫度為500～700℃。