推荐一种致密Ti的制作方法

这篇文章提供的推荐一种致密Ti的制作方法,今天小编要跟大家介绍一篇文章 专利名称::一种致密Ti的制作方法技术领域::本发明涉及新型结构材料,特别是涉及一种利用原位技术结合放电等离子合成方法来制备致密Ti2AlC

这篇文章提供的推荐一种致密Ti的制作方法,今天小编要跟大家介绍一篇文章


专利名称::一种致密Ti的制作方法
技术领域
:本发明涉及新型结构材料,特别是涉及一种利用原位技术结合放电等离子合成方法来制备致密Ti2AlC-TiB2复合材料。
背景技术
:近年来,国内外对陶瓷-金属复合材料的研究虽然十分活跃,但普通陶瓷(如SiC,TiC,Al2O3等)引入金属中,往往由于两者结构、物理性能及化学键特性相差较大,很难形成理想的相界面,而且容易造成脆性破坏。Ti2AlC是上世纪六十年代才被发现的新型层状三元化合物。它兼有金属和陶瓷的许多优点,如优异的导电、导热性,可加工性,良好的抗破坏能力,高熔点,高模量(杨氏模量304GPa,剪切模量124GPa),高强度和低密度(4.11g/cm3)等。这是一种能广泛应用于电子信息、新能源、航空航天等高
技术领域
的新型结构/功能材料。Ti2AlC的硬度较低(3~5GPa),耐硝酸性能较差,极大地限制了其作为结构材料和功能材料使用范围。目前研究的重点是关于高纯、单相、块状致密的Ti2AlC陶瓷的制备[文献(1~5)],而有关提高此类材料硬度、耐磨性及耐腐蚀性的报道几乎未见公开的报道。
发明内容本发明所要解决的技术问题是为克服Ti2AlC的硬度较低,耐酸性较差的缺陷,提供一种以原位技术结合放电等离子合成方法来制备致密Ti2AlC-TiB2复合材料,以更好地拓宽Ti2AlC的实际应用领域。本发明按下述技术方案解决其技术问题本发明提供的一种致密Ti2AlC-TiB2复合材料,其组成包括Ti粉、Al粉、TiC粉和B4C粉,四种原料的摩尔比为Ti∶Al∶B∶C=(2.35~9.45)∶(0.95~4.45)∶1∶(0.95~5.45)。本发明提供的上述致密Ti2AlC-TiB2复合材料,是由原位技术结合放电等离子合成方法来制备的。制备步骤是按配比称料;将称取的原料粉末混合均匀;将混合均匀的原料粉末置于石墨模具中,在放电等离子烧结系统中的真空环境下进行烧结,再随炉自然冷却即可。本发明与现有技术相比,具有以下的主要优点现有的技术都是研究直接合成Ti2AlC材料,未见有报道来改善Ti2AlC材料的弱点,目前改性的研究工作大多集中在Ti3SiC2和Ti3AlC2材料上。本发明首次提出以原位反应并结合先进的放电等离子工艺引入TiB2来改善和提高Ti2AlC材料。之所以引入TiB2材料是它因为一种具有高熔点(2790℃),高硬度(34GPa),耐腐蚀、抗氧化的特点,同时具有良好的导电和导热性能,其在高温结构材料、耐磨、耐腐蚀以及电气材料中有着广泛的应用前景,更为重要的是它的晶体结构Ti2AlC一样,均为六方层状结构,热膨胀系数相近,因此在Ti2AlC中引入适量的TiB2颗粒将有助于改善Ti2AlC材料的性能,获得兼具两者优点的复合材料。由Archimedes法测得Ti2AlC-TiB2块体材料的致密度达到98%以上。本发明的创新之处在于利用先进的放电等离子烧结的工艺特点,以价格较低的B4C来替代TiB2为原料,同时利用原位反应合成Ti2AlC-TiB2复合材料,所制备的复合材料结构致密,无界面污染。整个制备过程选用的原材料简单,充分利用了原位反应优点和放电等离子烧结工艺的特点,能快速合成性能优异的Ti2AlC-TiB2复合材料。附图1为放电等离子烧结Ti2AlC-TiB2复合材料的X-射线衍射图谱。对照国际粉末衍射标准委员会制定的标准JCPDS标准卡片可知Ti2AlC的标准卡片号是290095,以及TiB2的标准卡片号是751045号可以判断,合成产物中只有Ti2AlC和TiB2两种物质生成,没有其他物质形成。具体实施例方式本发明提供了一种以先进的放电等离子烧结工艺,通过原位反应合成致密制备Ti2AlC-TiB2复合块体材料的方法,其特征在于以Ti、TiC、B4C、Al为原料,四种原料的摩尔比为n(Ti)∶n(TiC)∶n(Al)∶n(B4C)=(6~10.4)∶(1.2~9.5)∶(1.5~9.8)∶1,或者四种原子摩尔比为Ti∶Al∶B∶C=(2.35~9.45)∶(0.95~4.45)∶1∶(0.95~5.45);混合均匀,装入石墨模具后,置于放电等离子烧结系统真空环境中,以100~300℃/min的升温速率升至1200~1400℃,在20~60MPa的轴向压力下保温5~20分钟。下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,但不限定本发明。实施例1原料粉末按摩尔比为Ti∶Al∶B∶C=4.75∶2.15∶1∶2.15;混合均匀,放入石墨模具中,在热压烧结系统,氩气保护中进行烧结。升温速度为100℃/min,烧结温度为1250℃,压力为30MPa,保温5分钟。块体材料的致密度为99.5%,Ti2AlC含量为90%。在INSTRON-1195万能力学实验机上测得,材料的抗压强度≥800MPa,三点弯曲强度σb≥600MPa,KIC≥7MPa·m1/2,维氏显微硬度>8GPa。实施例2原料粉末按摩尔比为Ti∶Al∶B∶C=3.15∶1.35∶1∶1.35;混合均匀,放入石墨模具中,在放电等离子烧结的真空系统中进行烧结。升温速度为200℃/min,烧结温度为1250℃,压力为50MPa,保温10分钟。块体材料的致密度为99.2%,Ti2AlC含量为85%。在INSTRON-1195万能力学实验机上测得,材料的抗压强度≥800MPa,三点弯曲强度σb≥600MPa,KIC≥7MPa·m1/2,维氏显微硬度>8GPa。实施例3原料粉末按摩尔比为Ti∶Al∶B∶C=2.45∶1.05∶1∶1.05;混合均匀,放入石墨模具中,在放电等离子烧结的真空系统中进行烧结。升温速度为200℃/min,烧结温度为1200℃,压力为50MPa,保温13分钟。块体材料的致密度为99.2%,Ti2AlC含量为80%。在INSTRON-1195万能力学实验机上测得,材料的抗压强度≥800MPa,三点弯曲强度σb≥600MPa,KIC≥7MPa·m1/2,维氏显微硬度>8GPa。实施例4原料粉末按摩尔比为Ti∶Al∶B∶C=2.35∶0.95∶1∶0.95;混合均匀,放入石墨模具中,在放电等离子烧结的真空系统中进行烧结。升温速度为100℃/min,烧结温度为1300℃,压力为60MPa,保温20分钟。块体材料的致密度为99.2%,Ti2AlC含量为80%。在INSTRON-1195万能力学实验机上测得,材料的抗压强度≥800MPa,三点弯曲强度σb≥600MPa,KIC≥7MPa·m1/2,维氏显微硬度>8GPa。实施例5原料粉末按摩尔比为Ti∶Al∶B∶C=9.45∶4.45∶1∶5.45;混合均匀,放入石墨模具中,在放电等离子烧结的真空系统中进行烧结。升温速度为300℃/min,烧结温度为1400℃,压力为20MPa,保温5分钟。块体材料的致密度为99.2%,Ti2AlC含量为80%。在INSTRON-1195万能力学实验机上测得,材料的抗压强度≥800MPa,三点弯曲强度σb≥600MPa,KIC≥7MPa·m1/2,维氏显微硬度>8GPa。实施例6原料粉末按摩尔比为Ti∶Al∶B∶C=5.9∶2.7∶1∶2.7;混合均匀,放入石墨模具中,在放电等离子烧结的真空系统中进行烧结。升温速度为300℃/min,烧结温度为1300℃,压力为40MPa,保温5分钟。块体材料的致密度为99.2%,Ti2AlC含量为80%。在INSTRON-1195万能力学实验机上测得,材料的抗压强度≥800MPa,三点弯曲强度σb≥600MPa,KIC≥7MPa·m1/2,维氏显微硬度>8GPa。参考文献1.BarsoumMW.TheMn+1AXnPhasesANewClassofSolids;ThermodynamicallyStableNanolaminates[J].ProSolidStaChem,2000,28201~206.2.JeitschkoW,NowotnyH,BenesoskyF.KohlenstoffhaltigeternareVerbindungen(H-Phase)[J].MonatashChem.1963,94672~677.3.SchusterJC,NowotnyH,VaccaroC.TheTernarySystemsCr-Al-C,V-Al-CandtheBehaviorofH-Phases(M2AlC)[J].J.SolidStateChemistry,1980,32213~219.4.BarsoumMW,BrodkinD,El-RaghyT.LayerMachinableCeramicsforHighTemperatureApplications[J].ScriptaMaterialia,1997,36(5)535~541.5.BarsoumMW,AliM,El-RaghyT.ProcessingandCharacterizationofTi2AlC,Ti2AlNandTi2AlC0.5[J]..Met.MatTransA,2000,31(7)1857~1862.权利要求1.一种致密Ti2AlC-TiB2复合材料,其特征是一种利用原位技术结合放电等离子合成方法来制备致密Ti2AlC-TiB2复合材料,其组成包括Ti粉、Al粉、TiC粉和B4C粉,四种原料的摩尔比为Ti∶Al∶B∶C=(2.35~9.45)∶(0.95~4.45)∶1∶(0.95~5.45)。2.一种致密Ti2AlC-TiB2复合材料的制备方法,其特征是采用以下步骤的方法(1)称料称取Ti粉、Al粉、TiC粉和B4C粉,四种原料的摩尔比为Ti∶Al∶B∶C=(2.35~9.45)∶(0.95~4.45)∶1∶(0.95~5.45);(2)将称取的原料粉末混合均匀;(3)烧结将混合均匀的原料粉末置于石墨模具中,在放电等离子烧结系统中的真空环境下进行烧结,再随炉自然冷却即可。3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于烧结工艺条件为以100~300℃/min的升温速率升至1200~1400℃,保温5~20分钟,施加的Z轴压力为20~60MPa。4.根据权利要求2所述的方法,其特征在于将混合均匀的原料粉末按一定配比置于石墨模具中,原料粉末的摩尔配比为n(Ti)∶n(TiC)∶n(Al)∶n(B4C)=(6~10.4)∶(1.2~9.5)∶(1.5~9.8)∶1。全文摘要本发明公开了一种致密Ti文档编号C04B35/622GK101037334SQ200710051989公开日2007年9月19日申请日期2007年4月27日优先权日2007年4月27日发明者周卫兵,梅炳初,朱教群申请人:武汉理工大学

推荐一种致密Ti的制作方法的相关内容如下:

标题:推荐一种致密Ti的制作方法|http://www.bailuda.cn/new-282378.html

本文来自网络,不代表本站立场,转载请注明出处!