[發明專利]一種石墨烯-硼異質結構鈦基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 202011385231.0
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112410601B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 于佳石;趙永慶;周悅;霍望圖;董龍龍;盧金文;劉躍;張于勝
• 申請（專利權）人: 西安稀有金屬材料研究院有限公司;西北有色金屬研究院
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C14/00;C22C32/00;B22F3/105;B22F9/04;B22F1/02
• 代理公司: 西安創知專利事務所 61213
• 代理人: 馬小燕

本發明公開了一種石墨烯?硼異質結構鈦基復合材料的制備方法，該方法將石墨烯包覆在大粒徑鈦基粉末的表面得到石墨烯包覆鈦基粉末，將硼粉包覆在小粒徑鈦基粉末的表面得到硼包覆鈦基粉末，然后將石墨烯包覆鈦基粉末和硼包覆鈦基粉末混合后燒結，得到石墨烯?硼異質結構鈦基復合材料。本發明利用石墨烯包覆鈦基粉末與硼包覆鈦基粉末燒結原位自生形成的TiB晶須掛鉤在TiC及其周圍未反應的殘余石墨烯中，加固了鈦基復合材料中鈦基體之間界面結合，同時，TiB和TiC在晶界處起到彌散強化的效果，而TiB晶須與殘余石墨烯起到載荷傳遞作用，TiB、石墨烯和TiC三者協同強化，改善了石墨烯?硼異質結構鈦基復合材料的力學性能。

技術領域

本發明屬于復合材料制備技術領域，具體涉及一種石墨烯-硼異質結構鈦基復合材料的制備方法。

背景技術

鈦（Ti）及鈦合金因其高比強度、高比模量、良好的抗氧化和耐腐蝕性能而被廣泛應用于航空、海洋和化工等行業，已經服役于航天飛機、發動機葉片及汽車零件等。然而，鈦及鈦合金的耐磨性差，硬度低等缺陷限制了它的應用。因此在傳統鈦合金之外必須發展新材料。而鈦基復合材料可以克服這些缺點，所以成為研究熱點。而如何提高鈦基復合材料的綜合性能也是重中之重。增強相的形貌狀態、大小和含量都對復合材料的性能有很大影響，基體材料的性能和界面的結合強度也對復合材料的綜合性能有很大的影響。所以基體和增強相材料的選擇就顯得極為重要。對于金屬基復合材料來說，金屬基體韌性較強，所以通常要添加陶瓷相作為增強相，這樣就可以將金屬的韌性和陶瓷的髙強度、高硬度相結合，從而提高復合材料的整體性能。而目前以碳化物、硼化物或其它硬度高、熔點高的增強相成為金屬基復合材料主要選擇的材料。

最常被選擇作為鈦基復合材料增強相的是TiB和TiC。這兩種材料的密度和熱膨脹系數都同鈦接近，而其自身的彈性模量和抗拉強度卻要遠高于鈦，所以成為增強相材料的最佳選擇。更為重要的是，TiC和鈦的潤濕性很好。石墨烯是一種碳原子以sp2雜化的形式存在的二維碳材料，具有十分優異的導電導熱性及良好的力學性能。與傳統材料相比，石墨烯具有更高的強度、伸長率和更大的比表面積，加之其與鈦基體原位自生的TiC可以使制備的復合材料的強度和延性得到很好的匹配，是增強鈦基復合材料的理想材料。

以往的研究常采用粉末冶金的方式制備鈦基復合材料，對于鈦基體的選擇往往選擇統一粒徑的粉末作為原始材料。目前報道的研究主要采用球磨法將石墨烯及硼粉混合包覆或者將石墨烯與硼粉分步包覆的方法，研究石墨烯與硼元素在金屬基復合材料中的混合增強效果，報道了二者協同效果。而對于異質結構的研究鮮有報道。

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，提供一種石墨烯-硼異質結構鈦基復合材料的制備方法。該方法分別將石墨烯和硼粉對應包覆在大粒徑鈦基粉末表面和小粒徑鈦基粉末表面后混合燒結，利用原位自生形成的具有鉤網結構的TiB晶須掛鉤在TiC及其周圍未反應的殘余石墨烯中，加固了鈦基復合材料中鈦基體之間界面結合，同時，TiB和TiC在晶界處起到彌散強化的效果，而TiB晶須與殘余石墨烯起到載荷傳遞作用，TiB、石墨烯和TiC三者協同強化，改善了石墨烯-硼異質結構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：一種石墨烯-硼異質結構鈦基復合材料的制備方法，其特征在于，該方法選取同種的大粒徑鈦基粉末和小粒徑鈦基粉末作為原料，將石墨烯包覆在大粒徑鈦基粉末的表面得到石墨烯包覆鈦基粉末，將硼粉包覆在小粒徑鈦基粉末的表面得到硼包覆鈦基粉末，然后將石墨烯包覆鈦基粉末和硼包覆鈦基粉末混合后形成石墨烯-硼異質結構鈦基混合粉末，再進行燒結，得到石墨烯-硼異質結構鈦基復合材料；所述大粒徑鈦基粉末和小粒徑鈦基粉末均為鈦粉末或鈦合金粉末，所述大粒徑鈦基粉末和小粒徑鈦基粉末的粒徑比為（2~5）：1。