[發明專利]一種低溫制備碳化硅納米線增強鈦基復合材料的方法

有效

• 申請號: 201910675363.8
• 申請日: 2019-07-25
• 公開（公告）號: CN110218958B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 劉躍;霍望圖;張于勝;李宇力;馬騰飛;周宣;于佳石
• 申請（專利權）人: 西北有色金屬研究院
• 主分類號: C22C49/11
• 分類號: C22C49/11;C22C49/14;C22C47/14;C01B32/97;B82Y40/00;C22C101/14
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發明公開了一種低溫制備碳化硅納米線增強鈦基復合材料的方法，該方法將無水乙醇、正硅酸乙酯、蒸餾水和鹽酸溶液混勻后加入石墨粉得包覆二氧化硅溶膠的石墨粉，經碳熱還原反應得碳化硅納米線，然后將碳化硅納米線超聲后分散后加入鈦粉保溫攪勻，經干燥得碳化硅納米線與鈦粉的混合粉末，再進行放電等離子熱壓燒結，得碳化硅納米線增強鈦基復合材料。本發明在低溫、高壓下進行放電等離子熱壓燒結，避免了高溫環境中碳化硅納米線與鈦反應生成碳化物及硅化物，保證了碳化硅納米線的強韌化效應；同時，碳化硅納米線與鈦基緊密結合，形成多尺度增韌結構，提高了碳化硅納米線的強韌化效應，提高了碳化硅納米線增強鈦基復合材料的力學性能。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，具體涉及一種低溫制備碳化硅納米線增強鈦基復合材料的方法。

背景技術

鈦及鈦合金作為性能優異的輕量化結構材料，擁有較高的比強度、比剛度及良好的加工性、耐蝕性與耐高溫性能，在航天航空、船舶汽車、兵器工程、醫療器械和化工能源等眾多領域的應用前景廣闊。但鈦及鈦合金耐磨性差、硬度較低等弱點阻礙其在工程中的應用。為滿足高新科技飛速發展伴隨的種種需求，急需研發新型鈦合金復合材料以滿足航空航天事業發展的需求。

碳化硅納米線具有高強度、高模量、耐熱、耐磨等優異性能，已成功應用于增強和改性陶瓷基，金屬基和樹脂基復合材料并且顯示較好的增韌效果。利用熱壓燒結工藝制備碳化硅納米線增強鈦基復合材料過程中，由于高溫環境下(熱壓燒結工藝的溫度通常為1200℃～1400℃)鈦的活性比較高，碳化硅納米線易于鈦發生反應，生成碳化物及硅化物，失去碳化硅納米線的固有的結構特征，從而導致碳化硅納米線的強韌化效應減弱。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種低溫制備碳化硅納米線增強鈦基復合材料的方法。該方法將碳化硅納米線與鈦粉混勻后，在低溫、高壓的條件下進行放電等離子熱壓燒結制備碳化硅納米線增強鈦基復合材料，避免了常規熱燒結過程的高溫環境中碳化硅納米線與鈦反應生成碳化物及硅化物，保證了碳化硅納米線的強韌化效應；同時，碳化硅納米線與鈦基緊密結合，形成多尺度增韌結構，提高了碳化硅納米線的強韌化效應，提高了碳化硅納米線增強鈦基復合材料的力學性能。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種低溫制備碳化硅納米線增強鈦基復合材料的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、將無水乙醇和正硅酸乙酯混合后攪拌均勻，然后加入蒸餾水和鹽酸溶液并攪拌均勻，得到二氧化硅溶膠；所述無水乙醇、正硅酸乙酯、蒸餾水和鹽酸溶液中鹽酸的摩爾比為(3～5)：(0.5～2)：(3～8)：(0.1～0.5)；

步驟二、將粒度為60目～150目的石墨粉加入到步驟一中得到的二氧化硅溶膠中攪拌均勻，然后放置于烘箱中，在溫度為100℃的條件下干燥12h～24h，得到包覆二氧化硅溶膠的石墨粉；

步驟三、將步驟二中得到的包覆二氧化硅溶膠的石墨粉放置于高溫管式爐中進行碳熱還原反應，然后經超聲清洗和離心，去掉上清液，得到的沉淀物為碳化硅納米線；所述碳熱還原反應的具體過程為：在氬氣保護氣氛條件下，以5℃/min～10℃/min的速率升溫至1400℃～1700℃后保溫1h～3h；

步驟四、將步驟三中得到的碳化硅納米線加入到無水乙醇中超聲60min～120min，然后加入鈦粉并在60℃～80℃的水浴鍋保溫條件下機械攪拌均勻，再經干燥得到碳化硅納米線與鈦粉的混合粉末；

步驟五、將步驟四中得到的碳化硅納米線與鈦粉的混合粉末裝入模具中，然后放置于放電等離子熱壓燒結爐中進行放電等離子熱壓燒結，經冷卻后得到碳化硅納米線增強鈦基復合材料；所述放電等離子熱壓燒結的工藝參數為：真空度1.0×10^-3Pa～3.0×10^-3Pa，溫度600℃～900℃，壓力40MPa～180MPa，保溫時間5min～10min。