[发明专利]一种铜增强三硅化五钛基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种复合材料，本发明也涉及一种复合材料的制备方法。具体地说是一种三硅化五钛(Ti₅Si₃)基复合材料及其制备方法。

背景技术

Ti₅Si₃金属间化合物具有低密度(4.32g·cm^-3)，高熔点(2130℃)，高杨氏模量(225GPa)，以及良好的高温抗氧化性，使用温度可高达1700℃。鉴于Ti₅Si₃具有如此优异的性能，引起了国内外研究人员的广泛关注。目前，Ni基高温合金的使用温度已经达到极限，而研究比较成熟的金属铝基化合物(Ni₂Al、Ti₂Al、Fe₂Al、Nb₂Al等系)的使用温度和Ni基合金无明显优势。因此，有必要开发和研制可在更高温度(＞1600℃)下使用的新型高性能结构材料。高熔点的金属硅化物以Ti₅Si₃为代表，具有良好的综合性能，它很有希望成为代替现今使用的高温合金，成为新一代高温结构材料。

然而，Ti₅Si₃的致命缺点室温脆性大、高温强度低和抗蠕变性能差，直接限制了它的应用。目前对Ti₅Si₃金属间化合物强韧化的方法主要有细晶强化、合金化与复合化方法。细化Ti₅Si₃晶粒可以提高Ti₅Si₃的低温力学性能，但比较难于控制且性能提高有限。合金化是在Ti₅Si₃中添加耐热金属元素形成固溶体来改善其性能。添加陶瓷颗粒、纤维或晶须等增强相制备Ti₅Si₃基复合材料，是目前最普遍的改善力学性能的途径。晶须强韧化Ti₅Si₃金属间化合物效果显著，而且工艺简单，但晶须昂贵的价格限制了其在实际领域中的应用。无论是细晶强化、合金化或复合化，他们的研究工作主要是停留在实验阶段，没有工程化的先例。

专利申请号为201010100995.0的专利文件中，公开了一种Ti₅Si₃/TiAl复合材料的制备方法。纯钛颗粒堆积到钢模具中得多孔钛预制体，Al-Si合金铸锭线切割成块体，置于多孔钛预制体上，真空热压烧结，冷却至室温后退模，即得Ti₅Si₃/TiAl复合材料。解决了采用现有技术制备的TiAl复合材料存在均匀性不好、致密度较低以及成本高的问题。

专利申请号为201019100012.0的专利文件中，公开了一种原位TiB₂-Ti₅Si₃复合材料及其制备方法。复合材料中原位TiB₂的质量百分比为1≤TiB₂≤20，其余为Ti₅Si₃金属间化合物。制备步骤包括：1)将B粉、Si粉和Ti粉作为反应物，按照一定比例混合均匀并压制成坯料；2)将反应物压坯在氩气氛围中进行加热预热；随后继续加热，直至其发生燃烧合成反应，或采用反应物压坯底端用钨极产生的电弧热进行点燃，引发燃烧合成反应；3)反应结束后，进行加压，使之致密化，形成原位TiB₂-Ti₅Si₃复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有力学性能优异、显微结构均匀且致密度高的铜增强三硅化五钛基复合材料。本发明的目的还在于提供一种铜增强三硅化五钛基复合材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的铜增强三硅化五钛基复合材料是由质量百分比为Cu1-6％和Ti₅Si₃94-99％制成的。

本发明的铜增强三硅化五钛基复合材料的制备方法为：