專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高鈮TiAl金屬間化合物復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種高鈮TiAl金屬間化合物復(fù) 合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
TiAl金屬間化合物具有優(yōu)異的高溫比性能(強(qiáng)度、韌性、環(huán)境抗力等)， 兼具陶瓷材料和金屬材料的優(yōu)點(diǎn)于一身，有望在高溫條件下部分替代現(xiàn)有 金屬及陶瓷材料，以提高產(chǎn)品性能及實(shí)現(xiàn)輕量化，因而成為高溫結(jié)構(gòu)材料 的開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)之一。但是，T.iAl本身由于室溫脆性較大、難于變形加工和 85(TC以上抗氧化性不足嚴(yán)重的阻礙了該合金的實(shí)際應(yīng)用。高鈮TiAl合金 及納米陶瓷顆粒強(qiáng)韌化TiAl基復(fù)合材料是克服以上缺陷的有效途徑。
AL03/TiAl復(fù)合材料不但具有制造成本低廉，而且八1203熱膨脹系數(shù)與 TiAl基體也最為接近?，F(xiàn)有的制備方法有直接金屬氧化法、反應(yīng)溶滲法、 氣壓溶滲法以及熱等靜壓法等。但該類(lèi)技術(shù)難使彌散相均勻分布于基體材 料之中，從而大幅降低了材料的性能。
考慮到金屬間化合物基體相與陶瓷顆粒增強(qiáng)相之間的應(yīng)力相容性，利 用原位反應(yīng)合成陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料能夠制備陶瓷相與 金屬相成分在很大范圍內(nèi)可調(diào)的熱力學(xué)相容性好節(jié)全新材料。但遺憾之處 是這種方法也很難使原位生成的陶瓷相顆粒尺寸納米化及均勻化，而且部 分氣孔難以消除，給材料性能的進(jìn)一步提高形成了很大的障礙。 '

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能制備出具有均勻
細(xì)小的A1A彌散相的TiAl復(fù)合材料的高鈮TiAl金屬間化合物復(fù)合材料的 制備方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是將0-62. 05%的Ti粉、 36-. 39-48. 72%的Al粉和0-51. 64%的吣205粉制成混合物，然后加入混合物 質(zhì)量0. 2-0. 5%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質(zhì)量比為1: 10，在氬氣 保護(hù)下球磨20小時(shí)得到高能球磨復(fù)合粉體；將得到高能球磨復(fù)合粉體在 7(TC下真空干燥4-8小時(shí)，再將干燥后的粉體裝入石墨磨具中在氬氣或真 空條件下，以950-IIO(TC、壓力為5-15MPa熱壓燒結(jié)，所得材料自然冷卻 至室褪即可。
本發(fā)明利用Ti粉、Al粉、恥205粉以及少量硬脂酸鈉經(jīng)高肯巨球磨及熱 壓燒結(jié)工藝，制備了 AL03彌散相強(qiáng)韌化基體相TiAl的細(xì)晶復(fù)合材料。由 于該材料成分可調(diào)性大，燒成溫度低，結(jié)構(gòu)均勻致密，成本較低，力學(xué)性 能優(yōu)異，拓寬了該復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。另外，該方法降低了燒成溫度及 熱壓壓力，在快速燒成中實(shí)現(xiàn)了晶粒微晶化。


,1為高能球磨得到的粉體及IIOO'C燒結(jié)試樣的XRD分析結(jié)果，其是 橫坐標(biāo)為衍射角，縱坐標(biāo)為衍射峰強(qiáng)度； ' 圖2為IIO(TC燒結(jié)試樣的斷面形貌圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 實(shí)施例1，將44. 40%的Ti粉、39. 08%的Al粉和16. 52%的歸5粉制 成混合物，然后加入混合物質(zhì)量0.3%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質(zhì)
比為1: 10，在氬氣保護(hù)下球磨20小時(shí)得到高能球磨復(fù)合粉體，球磨后
的混合粉體XRD測(cè)試結(jié)果為圖1所示，由圖l可看出粉體為非晶相，燒結(jié) 后為T(mén)iAl主晶相及少量的NbAL及Al203相的復(fù)合材料，將得到高能球磨 復(fù)合粉體在7(TC下真空干燥5小時(shí)，再將干燥后的粉體裝入石墨磨具中在 氬氣或真空條件下，以110(TC、壓力為10MPa熱壓燒結(jié)，所得材料自然冷 卻至室溫制得TiAl/A1203復(fù)合材料，抗彎強(qiáng)度達(dá)到486MPa，斷裂韌性為 6. 07MPa m1/2，其物相及斷面顯微分析圖2所示，由圖2可以看出，該材 料晶粒細(xì)小，結(jié)構(gòu)致密，無(wú)氣孔。
實(shí)施例2:將62. 05%的Ti粉和37. 95%的Al粉制成混合物，然后加入 混合物質(zhì)量0.2%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質(zhì)量比為1: 10，在氬 氣保護(hù)下球磨20小時(shí)得到高能球磨復(fù)合粉體非晶細(xì)小顆粒；將得到高能 球磨復(fù)合粉體在7(TC下真空干燥8小時(shí)，再將千燥后的粉體裝入石墨磨具 中在氧氣或真空條件下，以95(TC、壓力為8MPa熱壓燒結(jié)，所得材料自然 冷卻至室溫即可。 '
實(shí)施例3:將11.97。/。的Ti粉、36. 39%的Al粉和51. 64%的恥205粉制 成混合物，然后加入混合物質(zhì)量0.5%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質(zhì)量 比為1: 10，在氬氣保護(hù)下球磨20小時(shí)得到高能球磨復(fù)合粉體非晶細(xì)小 顆粒；將得到高能球磨復(fù)合粉體在7(TC下真空干燥6小時(shí)，再將干燥后的 粉體裝入石墨磨具中在氬氣或真空條件下，以100(TC、壓力為12MPa熱壓 燒結(jié)，.所得材料自然冷卻至室溫即可。
實(shí)施例4:將48.72%的八1粉和51.28%的吣205粉制成混合物，然后加 入，混合物質(zhì)量0.4%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質(zhì)量比為1: 10，在
氬氣保護(hù)下球磨20小時(shí)得到高能球磨復(fù)合粉體非晶細(xì)小顆粒；將得到高
能球磨復(fù)合粉體在7CTC下真空干燥4小時(shí)，再將干燥后的粉體裝入石墨磨
具中在氬氣或真空條件下，以105(TC、壓力為5MPa熱壓燒結(jié)，所得材料 自然冷卻至室溫即可。 '
實(shí)施例5:將259&的Ti粉、429&的Al粉和33。/。的Nb205粉制成混合物， 然后加入混合物質(zhì)量0. 5%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質(zhì)量比為1: 10，在氬氣保護(hù)下球磨20.小時(shí)得到高能球磨復(fù)合粉體非晶細(xì)小顆粒；將 得到高能球磨復(fù)合粉體在7(TC下真空干燥7小時(shí)，再將干燥后的粉體裝入 石墨磨具中在氬氣或真空條件下，以102(TC、壓力為15MPa熱壓燒結(jié)，所 得材料自然冷卻至室溫即可。
按本發(fā)明的制備方法合成的TiAl/A:U03復(fù)合材料，由'基體相和增強(qiáng)相 兩部分組成，基體相由大多數(shù)的TiAl相和少量的NbAl3相組成；增強(qiáng)相為 A1203。材料的組成成分比(重量％)為增強(qiáng)相0-33%，基體相100-67°/。。
權(quán)利要求
1、一種高鈮TiAl金屬間化合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于1)將0-62.05％的Ti粉、36.39-48.72％的Al粉和口0-51.64％的Nb2O5粉制成混合物，然后加入混合物質(zhì)量0.2-0.5％的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質(zhì)量比為1∶10，在氬氣保護(hù)下球磨20小時(shí)得到高能球磨復(fù)合粉體非晶細(xì)小顆粒；2)將得到高能球磨復(fù)合粉體在70℃下真空干燥4-8小時(shí)，再將干燥后的粉體裝入石墨磨具中在氬氣或真空條件下，以950-1100℃、壓力為5-15MPa熱壓燒結(jié)，所得材料自然冷卻至室溫即可。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鈮TiAl金屬間化合物復(fù)合材料的制備方 法，其特征在于將44. 4。％的Ti粉、39.08%的八1粉和16.52%的恥205粉 制成混合物，然后加入混合物質(zhì)量0.3%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質(zhì) 量比為1: 10，在氬氣保護(hù)下球磨20小時(shí)得到高能球磨復(fù)合粉體，將得 到高能球磨復(fù)合粉^:在70。C下真空干燥5小時(shí)，再將干燥.后的粉體裝入石 墨磨具中在氬氣或真空條件下，以110(TC、壓力為10MPa熱壓燒結(jié)，所得 材料自然冷卻至室溫即可。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鈮TiAl金屬間化合物復(fù)合材料的制備方 法，其特征在于將62. 0^%的Ti粉和37. 95%的Al粉制成混合物，然后 加入混合物質(zhì)量0.2%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質(zhì)量比為1: 10，在氬氣保護(hù)下球磨20小時(shí)得到高能球磨復(fù)合粉體非晶細(xì)小顆粒；將得到高能球磨復(fù)合粉體在7(TC下真空干燥8小時(shí)，再將干燥后，的粉體裝入石墨 磨具中在氬氣或真空條件下，以950。C、壓力為8MPa熱壓燒結(jié)，所得材料自然冷卻至室溫即可。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鈮TiAl金屬間化合物復(fù)合材料的制備方 法，其特征在于將11.97。/。的Ti粉、36. 39呢的A'1粉和51. 64%的恥205粉 制成混合物，然后加入混合物質(zhì)量0.5%的硬脂酸鈉采用千纟去球磨，料球質(zhì) 量比為1: 10，在氬氣保護(hù)下球磨20小時(shí)得到高能球磨復(fù)合粉體非晶細(xì) 小顆粒；將得到高能球磨復(fù)合粉體在7(TC下真空干燥6小時(shí)，再將干燥后 的粉體裝入石墨磨具中在氬氣或真空條件下，以IOO(TC、壓力為12MPa 熱壓燒結(jié)，所得材料自然冷卻至室溫即可。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鈮TiAl金屬間化合物復(fù)合材料的制備方 法，其特征在于將48.72%的八1粉和51.28%的他205粉制成混合物，然后 加入混合物質(zhì)量0.4%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質(zhì)量比為1: 10，在氬氣保護(hù)下球磨20小時(shí)得到高能球磨復(fù)合粉體非晶細(xì)小顆粒；將得到高能球磨復(fù)合粉體在7(TC下真空干燥4小時(shí),再將干燥后的粉體裝入石墨 磨具中在氬氣或真空條件下，以1050。C、壓力為5MPa熱壓燒結(jié)，所得材 料自然冷卻至室溫即可。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高鈮TiAl金屬間化合物復(fù)合材料的制備方 法，其特征在于將25%的Ti粉、42%的Al粉和33%的恥205粉制成混合物， 然后加入混合物質(zhì)量0. 5%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質(zhì)量比為1:10，在氬氣保護(hù)下球磨20小時(shí)得到高能球磨復(fù)合粉體非晶細(xì)小顆粒；將得到高能球磨復(fù)合粉體在7(TC下真空干燥7小時(shí)，再將干燥后的粉體裝入 石墨磨具中在氬氣或真空條件下，以1020'C、壓力為15MPa熱壓燒結(jié)，所 得材料自然冷卻至室溫即可。
全文摘要
一種高鈮TiAl金屬間化合物復(fù)合材料的制備方法，將Ti粉、Al粉和Nb₂O₅粉制成混合物，然后加入硬脂酸鈉采用干法球磨得到高能球磨復(fù)合粉體；將得到高能球磨復(fù)合粉體真空干燥，再將干燥后的粉體裝入石墨磨具中在氬氣或真空條件下，熱壓燒結(jié)，所得材料自然冷卻至室溫即可。本發(fā)明利用Ti粉、Al粉、Nb₂O₅粉以及少量硬脂酸鈉經(jīng)高能球磨及熱壓燒結(jié)工藝，制備了Al₂O₃彌散相強(qiáng)韌化基體相TiAl的細(xì)晶復(fù)合材料。由于該材料成分可調(diào)性大，燒成溫度低，結(jié)構(gòu)均勻致密，成本較低，力學(xué)性能優(yōu)異，拓寬了該復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。另外，該方法降低了燒成溫度及熱壓壓力，在快速燒成中實(shí)現(xiàn)了晶粒微晶化。
文檔編號(hào)B22F3/14GK101100710SQ20071001838
公開(kāi)日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者朱建鋒, 楊海波, 營(yíng) 林, 芬 王, 羅宏杰 申請(qǐng)人:陜西科技大學(xué)