專(zhuān)利名稱(chēng)：：含粘結(jié)劑的陶瓷-金屬間化合物復(fù)合材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，特別是涉及一種添加金屬粘結(jié)劑的原位陶瓷增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：難熔Ti5Si3是一種高溫金屬間化合物，因具有很好的熱力學(xué)穩(wěn)定性、良好的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能，及優(yōu)良的高溫抗氧化能力和耐腐蝕性能而備受關(guān)注。然而，阻礙Ti5Si3應(yīng)用的最大難題在于其極低的室溫脆性和斷裂韌性。經(jīng)眾多科技工作者的研究發(fā)現(xiàn)，合金化和復(fù)合化是解決Ti5SiJt性問(wèn)題的有效途徑。目前，雖然有關(guān)進(jìn)行有效合金化和復(fù)合化以期解決材料脆性研究較多，但是以金屬作為粘結(jié)劑的原位陶瓷增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料的研究相對(duì)較少。發(fā)表在“ScriptaMaterialia，1998，38:307_313”和“ActaMaterialia,1998,46:3535_3546”上的研究論文表明由于固溶強(qiáng)化作用，添加Nb或Cr形成(Ti，M)5Si3固溶體可使材料的機(jī)械性能明顯提高。發(fā)表在“MetallurgicalandMaterialsTransactionsA,1998,29:1629-1641.”的研究論文顯示，體積百分比為20的TiC和Ti5Si3的復(fù)合材料的斷裂韌性約為4.IMPa·m"2，這比單相Ti5Si3的室溫?cái)嗔秧g性提高了近一倍；此外，陶瓷TiB2、TiC具有高熔點(diǎn)、高硬度、低密度和良好的導(dǎo)熱性等優(yōu)異性能，因此，TiB2和TiC非常適合作為T(mén)i5Si3的增強(qiáng)體。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)便、能耗低，且易于推廣應(yīng)用的一種含粘結(jié)劑的陶瓷_金屬間化合物復(fù)合材料及制備方法。本發(fā)明的上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)在高純氬氣的保護(hù)下，將一定比例的由Cu粉、Ni粉、Fe粉、Al粉、Cr粉、B粉、C粉、Si粉和Ti粉組成的反應(yīng)物壓坯放置在燃燒合成裝置內(nèi)進(jìn)行燃燒合成反應(yīng)。在反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)壓坯進(jìn)行加壓致密化，繼而制備出添加金屬粘結(jié)劑的原位陶瓷增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料。具體工藝過(guò)程包括壓坯的制備和反應(yīng)形成含金屬粘結(jié)劑的原位陶瓷增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料兩個(gè)階段。一種含粘結(jié)劑的陶瓷_金屬間化合物復(fù)合材料，復(fù)合材料由金屬粘結(jié)劑、原位陶瓷顆粒和金屬間化合物Ti5Si3組成；所述金屬粘結(jié)劑為Cu、Ni、Fe、Al、Cr中的一種或幾種，其中，金屬粘結(jié)劑含量重量百分比為=Cu1-15，Ni0-5.0，F(xiàn)e0-5.0,Al0-3.0,Cr0-5.0，且金屬粘結(jié)劑的總量的重量百分比小于20；所述原位陶瓷顆粒為T(mén)iB2和TiC中的一種或兩種組成，其中，原位陶瓷顆粒含量的重量百分比為T(mén)iB21-15，TiC0-5，且原位陶瓷顆粒的總量的重量百分比小于20；金屬粘結(jié)劑和原位陶瓷顆粒的總量的重量百分比小于40，其余為金屬間化合物Ti5Si3。所述的原位陶瓷顆粒TiB2和TiC是由B粉、C粉和Ti粉通過(guò)化學(xué)反應(yīng)原位形成，Ti5Si3金屬間化合物是由Ti粉和Si粉通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成，原位陶瓷顆粒和金屬間化合物之間的結(jié)合為冶金結(jié)合。所述的原位陶瓷顆粒TiB2的形狀為六棱柱狀，TiC的形狀為近球狀，且二者的尺寸均為亞微米級(jí)。所述的金屬粘結(jié)劑的最佳重量百分比為5-10，原位陶瓷顆粒的最佳重量百分比為3-10。一種用于上述的含粘結(jié)劑的陶瓷_金屬間化合物復(fù)合材料的制備方法，該復(fù)合材料的制備過(guò)程包括以下步驟1)壓坯制備a.壓坯組成由粉料粒度小于45微米的Cu粉、Ni粉、Fe粉、Al粉、Cr粉、B粉、C粉、Si粉和Ti粉組成，其中，金屬粘結(jié)劑含量重量百分比為=Cu1-15,Ni0-5.0,Fe0-5.0，Al0-3.0，Cr0-5.0，B粉的重量百分比為0.31-4.67，C粉的重量百分比為0-1.00，Si的重量百分比為15.62-25.52，其余為T(mén)i粉；b.粉料混合按照上述比例稱(chēng)取粉料，并裝入球磨機(jī)中混料68小時(shí)，使之混合均勻；c.壓坯成型把混合均勻的粉料放入模具中，壓制成型，且壓坯緊實(shí)率為6575%；2)反應(yīng)形成添加金屬粘結(jié)劑的原位陶瓷增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料a.預(yù)熱將反應(yīng)物壓坯放置在燃燒合成裝置中，抽真空后通入1個(gè)大氣壓的高純氬氣進(jìn)行保護(hù)，用電阻絲將反應(yīng)物壓坯加熱到500-600度進(jìn)行預(yù)熱，并保溫20-30分鐘；b.反應(yīng)繼續(xù)利用電阻熱對(duì)壓坯進(jìn)行加熱，直至其發(fā)生燃燒合成反應(yīng)；c.致密化在燃燒合成反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)壓坯施加20-30兆帕的壓力，并保壓5-25分鐘，使之致密化，形成添加金屬粘結(jié)劑的原位陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料；本發(fā)明與目前現(xiàn)有的技術(shù)相比具有以下特點(diǎn)本發(fā)明提供一種工藝簡(jiǎn)單可靠、節(jié)省能源且易于推廣應(yīng)用的添加金屬粘結(jié)劑的原位陶瓷增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料及其制備方法；1)添加金屬組元能有效減小晶粒尺寸，且反應(yīng)結(jié)束后作為粘結(jié)劑，存在于晶粒之間，改善晶粒的鏈接方式，有利于降低材料的室溫脆性。2)復(fù)合材料中原位陶瓷顆粒和金屬間化合物為冶金結(jié)合，界面干凈，結(jié)合良好。具體實(shí)施例方式實(shí)施例一1)將粉料粒度小于45微米的Cu粉、B粉、Si粉和Ti粉組成按表1所示的比例稱(chēng)取，并裝入球磨機(jī)中混料68小時(shí)，使之混合均勻；然后把粉料放入模具中，壓制成坯，壓坯緊實(shí)率為6575%；2)將壓坯放置在燃燒合成裝置中，抽真空后通入1個(gè)大氣壓的高純氬氣進(jìn)行保護(hù)，用電阻絲將反應(yīng)物壓坯加熱到500-600度進(jìn)行預(yù)熱，并保溫25分鐘；3)繼續(xù)利用電阻熱對(duì)反應(yīng)物壓坯加熱，直至其發(fā)生燃燒合成反應(yīng)；4)在燃燒合成反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)壓坯施加20-30兆帕的壓力，并保壓5-25分鐘，使之致密化，從而制備出添加金屬粘結(jié)劑的原位陶瓷增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料。表1反應(yīng)物粉料配制比例<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施例二1)將粉料粒度小于45微米的Cu粉、Ni粉、Al粉、B粉、C粉、Si粉和Ti粉組成按表2所示的比例稱(chēng)取，并裝入球磨機(jī)中混料68小時(shí)，使之混合均勻；然后把粉料放入模具中，壓制成坯，壓坯緊實(shí)率為6575%；2)將壓坯放置在燃燒合成裝置中，抽真空后通入1個(gè)大氣壓的高純氬氣進(jìn)行保護(hù)，用電阻絲將反應(yīng)物壓坯加熱到500-600度進(jìn)行預(yù)熱，并保溫25分鐘；3)繼續(xù)利用電阻熱對(duì)反應(yīng)物壓坯加熱，直至其發(fā)生燃燒合成反應(yīng)；4)在燃燒合成反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)壓坯施加20-30兆帕的壓力，并保壓5-25分鐘，使之致密化，從而制備出添加金屬粘結(jié)劑的原位陶瓷增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料。表2反應(yīng)物粉料配制比例<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>權(quán)利要求一種含粘結(jié)劑的陶瓷-金屬間化合物復(fù)合材料，其特征在于，復(fù)合材料由金屬粘結(jié)劑、原位陶瓷顆粒和金屬間化合物Ti5Si3組成；所述金屬粘結(jié)劑為Cu、Ni、Fe、Al、Cr中的一種或幾種，其中，金屬粘結(jié)劑含量重量百分比為Cu1-15，Ni0-5.0，F(xiàn)e0-5.0，Al0-3.0，Cr0-5.0，且金屬粘結(jié)劑的總量的重量百分比小于20；所述原位陶瓷顆粒為T(mén)iB2和TiC中的一種或兩種組成，其中，原位陶瓷顆粒含量的重量百分比為T(mén)iB21-15，TiC0-5，且原位陶瓷顆粒的總量的重量百分比小于20；金屬粘結(jié)劑和原位陶瓷顆粒的總量的重量百分比小于40，其余為金屬間化合物Ti5Si3。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含粘結(jié)劑的陶瓷-金屬間化合物復(fù)合材料，其特征在于，所述的原位陶瓷顆粒TiB2和TiC是由B粉、C粉和Ti粉通過(guò)化學(xué)反應(yīng)原位形成，Ti5Si3金屬間化合物是由Ti粉和Si粉通過(guò)化學(xué)反應(yīng)形成，原位陶瓷顆粒和金屬間化合物之間的結(jié)合為冶金結(jié)合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含粘結(jié)劑的陶瓷_金屬間化合物復(fù)合材料，其特征在于，所述的原位陶瓷顆粒TiB2的形狀為六棱柱狀，TiC的形狀為近球狀，且二者的尺寸均為亞微米級(jí)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含粘結(jié)劑的陶瓷-金屬間化合物復(fù)合材料，其特征在于，所述的金屬粘結(jié)劑的最佳重量百分比為5-10，原位陶瓷顆粒的最佳重量百分比為3-10。5.一種用于權(quán)利要求1所述的含粘結(jié)劑的陶瓷_金屬間化合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該復(fù)合材料的制備過(guò)程包括以下步驟1)壓坯制備a.壓坯組成由粉料粒度小于45微米的Cu粉、Ni粉、Fe粉、Al粉、Cr粉、B粉、C粉、Si粉和Ti粉組成，其中，金屬粘結(jié)劑含量重量百分比為=Cu1-15，Ni0-5.0,Fe0-5.0，Al0-3.0，Cr0-5.0，B粉的重量百分比為0.31-4.67，C粉的重量百分比為0-1.00，Si的重量百分比為15.62-25.52，其余為T(mén)i粉；b.粉料混合按照上述比例稱(chēng)取粉料，并裝入球磨機(jī)中混料68小時(shí)，使之混合均勻；c.壓坯成型把混合均勻的粉料放入模具中，壓制成型，且壓坯緊實(shí)率為6575%；2)反應(yīng)形成添加金屬粘結(jié)劑的原位陶瓷增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料a.預(yù)熱將反應(yīng)物壓坯放置在燃燒合成裝置中，抽真空后通入1個(gè)大氣壓的高純氬氣進(jìn)行保護(hù)，用電阻絲將反應(yīng)物壓坯加熱到500-600度進(jìn)行預(yù)熱，并保溫20-30分鐘；b.反應(yīng)繼續(xù)利用電阻熱對(duì)壓坯進(jìn)行加熱，直至其發(fā)生燃燒合成反應(yīng)；c.致密化在燃燒合成反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)壓坯施加20-30兆帕的壓力，并保壓5-25分鐘，使之致密化，形成添加金屬粘結(jié)劑的原位陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料。全文摘要本發(fā)明涉及一種含粘結(jié)劑的陶瓷-金屬間化合物復(fù)合材料及制備方法。金屬粘結(jié)劑為總量的重量百分比小于20，原位陶瓷顆粒為T(mén)iB2和TiC中的一種或兩種，總量的重量百分比小于20，兩者的總量的重量百分比小于40。制備步驟1)將Cu、Ni、Fe、Al、Cr、B、C、Si和Ti粉作為反應(yīng)物，按照一定比例混合并壓制成坯；2)將壓坯在氬氣氛圍中采用電阻絲加熱進(jìn)行預(yù)熱；隨后繼續(xù)利用電阻熱進(jìn)行加熱，直至其發(fā)生燃燒合成反應(yīng)；3)反應(yīng)結(jié)束后，進(jìn)行加壓，使之致密化，形成含金屬粘結(jié)劑的原位陶瓷增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料。優(yōu)點(diǎn)是復(fù)合材料具有高強(qiáng)度，高硬度等優(yōu)異性能，且制備工藝簡(jiǎn)便、設(shè)備簡(jiǎn)單、能耗低，易于推廣應(yīng)用。文檔編號(hào)C22C1/05GK101812622SQ201019100008公開(kāi)日2010年8月25日申請(qǐng)日期2010年2月8日優(yōu)先權(quán)日2010年2月8日發(fā)明者呂思婕,姜啟川,王慧遠(yuǎn),邱豐申請(qǐng)人:吉林大學(xué)