專利名稱：TiC/Al₂O₃/Fe復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備高致密度TiC/Al203/Fe復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料的方法。屬于材料加工工程技術(shù)領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
TiC/Al203/Fe復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料具有高熔點(diǎn)、耐腐蝕性、抗氧化性、較好的韌性而被廣泛地應(yīng)用于高溫結(jié)構(gòu)部件，例如高溫點(diǎn)火器、高溫管和切削刀具等。過去采用熱壓燒結(jié)技術(shù)生產(chǎn)該材料。存在對(duì)設(shè)備要求高，浪費(fèi)能源等缺點(diǎn)。迫切需要一種高效節(jié)能新工藝。自蔓延高溫合成(SHS)技術(shù)是一種利用自身化學(xué)放熱反應(yīng)，在短時(shí)間里(幾秒 幾十秒)完成材料合成的高效節(jié)能技術(shù)。但是，直接采用此方法合成材料，只能得到疏松、多孔的塊狀料或粉料。通常采用反應(yīng)熱壓技術(shù)提高其致密性。即當(dāng)SHS反應(yīng)剛剛完成，合成材料處于紅熱、軟化狀態(tài)時(shí)，對(duì)其施加外部壓力，以實(shí)現(xiàn)材料致密化。外力的施加方式可以是氣壓、液壓、爆炸壓和鍛壓、機(jī)械模壓、熱軋和熱擠等。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種對(duì)設(shè)備要求低，節(jié)約能源，致密度高的TiC/Al203/Fe復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料的制備方法。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種TiC/Al203/Fe復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述方法包括以下工藝過程首先，根據(jù)Ti與C反應(yīng)合成TiC的原理，將Ti與C按原子比l : 1配制后造粒，再利用鋁熱反應(yīng)原理，按方程式F^03+2A1 =Al203+2Fe+828. 894(kj)配制鋁熱焊劑，再按比例將已經(jīng)顆?；拟?、石墨粉的混合物與鋁熱焊劑充分混勻后用液壓機(jī)壓制成預(yù)制塊，將模鍛模具固定在液壓機(jī)上，然后放入預(yù)制塊，采用電阻絲短路方法在下部點(diǎn)燃預(yù)制塊，使其發(fā)生鈦粉與石墨和氧化鐵與鋁兩種自蔓延反應(yīng)，生成液態(tài)Fe、Al203和TiC顆粒，在Fe/Al203/TiC混合物凝固過程中進(jìn)行模鍛，使其在壓力下結(jié)晶，從而獲得高致密度復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料。 本發(fā)明涉及的鋁熱焊劑，以Fe203+2A1 = Al203+2Fe+828. 894(kj)鋁熱反應(yīng)方程為基本配方，根據(jù)復(fù)合材料對(duì)高溫強(qiáng)度、硬度、韌性、耐蝕性、耐沖擊、熱震性等單一或綜合性能要求不同，添加合金元素，調(diào)整復(fù)合自蔓延反應(yīng)材料配方。 本發(fā)明涉及的Ti與C可發(fā)生自蔓延反應(yīng)的配方為兩者的。反應(yīng)產(chǎn)物中的三氧化二鋁顆粒以及碳化鈦顆粒硬度高，耐磨性好。 本發(fā)明采用的是多級(jí)自蔓延反應(yīng)熱壓技術(shù)制備TiC/Al20乂Fe復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料，本發(fā)明的有益效果是 1、節(jié)能鋁熱及碳化鈦的反應(yīng)均屬于自蔓延反應(yīng)，可以充分利用化學(xué)反應(yīng)本身放出的熱量，在合成過程中溫度可達(dá)1500-4000°C ; 2、高效無需熱量從外部傳遞到物料的過程，反應(yīng)速度一般為0. l-20cm/s :
3、設(shè)備小、精度高、質(zhì)量好在合成過程中，燃燒前沿溫度極高，可蒸發(fā)掉揮發(fā)性的雜質(zhì)，因而產(chǎn)物通常是高純度的。反應(yīng)后的一段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)物具有觸變性，流動(dòng)性好，液態(tài)模鍛致密化裝置噸位小、致密化的復(fù)合材料密度高、質(zhì)量好； 4、降低了成本與單純使用碳化鈦材料相比這里采用的原材料更廉價(jià)，且設(shè)備簡單、工藝節(jié)能、材料利用率高。 5、鋁熱反應(yīng)產(chǎn)生的陶瓷高溫性能突出、化學(xué)穩(wěn)定性好、硬度高、韌性好，同時(shí)結(jié)合有碳化鈦陶瓷的優(yōu)勢(shì)性，且反應(yīng)較容易控制； 6、材料可設(shè)計(jì)可通過加入填料改性，使堆焊層材料具有可設(shè)計(jì)性； 7、在Fe203和Al粉末的混合塊反應(yīng)后生成液相，顯著提高了材料的致密度及與相
互間的結(jié)合強(qiáng)度。 8、TiC顆粒的存在，使Al^顆粒在Fe中的分布均勻。具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及一種TiC/Al203/Fe復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，其典型的實(shí)施例是首先，按原子比為l : l的配比配制的鈦粉與石墨粉充分混合，然后對(duì)混合的粉末造粒，再按方程式Fe203+2A1 = Al203+2Fe+828. 894(kj)將粒度為20-30目的鋁粉與粒度小于100目的氧化鐵粉充分混和成鋁熱焊劑，加入已經(jīng)顆?；拟仭⑹鄣幕旌衔?，充分混合2 4小時(shí)，制成混合粉末，采用液壓機(jī)將混合粉末壓制成預(yù)制塊(50%理論密度)，并將模具固定在液壓機(jī)上，在模具內(nèi)放入預(yù)制塊，采用電阻絲短路方法點(diǎn)燃預(yù)制塊，使預(yù)制塊發(fā)生兩種自蔓延反應(yīng)，生成鐵水和三氧化二鋁顆粒以及碳化鈦顆粒。在鐵/三氧化二鋁/碳化鈦陶瓷混合物凝固過程中進(jìn)行致密化加壓，使其在壓力下結(jié)晶，從而獲得高密度復(fù)合材料。
權(quán)利要求
一種TiC/Al2O3/Fe復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述方法包括以下工藝過程首先，根據(jù)Ti與C反應(yīng)合成TiC的原理，將Ti與C按原子比為1∶1計(jì)量配制后造粒，再利用鋁熱反應(yīng)原理，按方程式Fe2O3+2Al＝Al2O3+2Fe+828.894(kJ)配制鋁熱焊劑，再按比例將已經(jīng)顆?；拟?、石墨粉的混合物與鋁熱焊劑充分混勻后用液壓機(jī)壓制成預(yù)制塊，將模鍛模具固定在液壓機(jī)上，然后放入預(yù)制塊，采用電阻絲短路方法在下部點(diǎn)燃預(yù)制塊，使其發(fā)生鈦粉與石墨和氧化鐵與鋁兩種自蔓延反應(yīng)，生成液態(tài)Fe、Al2O3和TiC顆粒，在Fe/Al2O3/TiC混合物凝固過程中進(jìn)行模鍛，使其在壓力下結(jié)晶，從而獲得高致密度復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TiC/Al203/Fe復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述鋁熱焊劑，以Fe^3+2Al = Al203+2Fe+828. 894 (kj)鋁熱反應(yīng)方程為基本配方，根據(jù)復(fù)合材料對(duì)高溫強(qiáng)度、硬度、韌性、耐蝕性、耐沖擊和熱震性的單一或綜合性能要求不同，添加合金元素，調(diào)整復(fù)合自蔓延反應(yīng)材料配方。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種TiC/Al2O3/Fe復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料的制備方法。包括以下工藝過程首先，將Ti與C按化學(xué)計(jì)量配比配制后造粒，再利用鋁熱反應(yīng)原理，按方程式Fe2O3+2Al＝Al2O3+2Fe+828.894(kJ)配制鋁熱焊劑，再按比例將已經(jīng)顆?；拟?、石墨粉的混合物與鋁熱焊劑充分混勻后用液壓機(jī)壓制成預(yù)制塊，將模鍛模具固定在液壓機(jī)上，然后放入預(yù)制塊，采用電阻絲短路方法在下部點(diǎn)燃預(yù)制塊，使其發(fā)生鈦粉與石墨和氧化鐵與鋁兩種自蔓延反應(yīng)，生成液態(tài)Fe、Al2O3和TiC顆粒，在Fe/Al2O3/TiC混合物凝固過程中進(jìn)行模鍛，使其在壓力下結(jié)晶，從而獲得高致密度復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料。本發(fā)明方法制備的TiC/Al2O3/Fe復(fù)合陶瓷基復(fù)合材料對(duì)設(shè)備要求低，節(jié)約能源，致密度高。
文檔編號(hào)C22C1/05GK101775517SQ20091018261
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者劉禮華, 朱磊, 李吉峰, 湯秀山, 譚佃龍, 鄭召全, 陳威 申請(qǐng)人:江陰東大新材料研究院