[发明专利]一种Cu包覆Ti3AlC2粉末材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属包裹陶瓷粉体的技术领域，特别涉及一种用机械合金化方法来实现在Ti₃AlC₂粉末表面包裹一层Cu金属的技术方法。 

背景技术

三元层状陶瓷钛铝碳(Ti₃AlC₂)兼具陶瓷材料和金属的优良性能。和金属一样，在常温下，具有良好的导电性能和导热性能，有较低的维氏硬度、较高的弹性模量和剪切模量，良好的机械加工性能，并在高温下具有塑性；同时，又具有陶瓷材料的性能，有高的屈服强度，高熔点、高模量、耐酸碱腐蚀和良好的抗氧化性能，良好的自润滑性。因此，Ti₃AlC₂陶瓷可作为一种新型性能优良的增强相增强金属基复合材料，但Ti₃AlC₂与某些金属直接复合时存在润湿性不好界面结合差，容易剧烈反应生成有害相，热膨胀系数不匹配等问题。在很大的程度上限制了Ti₃AlC₂增强金属基复合材料在实际工程中的应用。为突破Ti₃AlC₂增强金属基复合材料发展的这一瓶颈，寻找陶瓷与金属更好的界面结合方法无疑是一条行之有效的途径。 

金属陶瓷复合材料的理想界面结合状态是存在界面润湿或者界面发生一定程度的化学反应，有化学键结合。但Ti₃AlC₂直接与某些金属复合时润湿性不好或剧烈反应生成有害相。要解决这些问题，在陶瓷相表面包覆一层与金属基体润湿性良好且不反应生成有害物质是一种较好的方法。 

为解决这些问题，本发明采用机械合金化的方法在Ti₃AlC₂粉末表面包覆一层Cu，制备了Cu包覆Ti₃AlC₂粉末，改善润湿性的同时防止Ti₃AlC₂与基体直接反应。本发明通过研究球磨工艺，得出在较低能耗条件下，达到良好的包覆效果。 

发明内容

本发明采用机械合金化的方法在Ti₃AlC₂粉末表面包覆一层铜，制备了Cu包覆Ti₃AlC₂粉末。本发明所要解决的关键技术问题是通过机械合金化方法，研究了球磨工艺对包覆效果的影响，实现Cu粉在Ti₃AlC₂粉末表面的完整包覆或部分包覆。通过扫描电镜及能谱分析观察包覆效果。得出良好包覆效果的包覆工艺参数。 

为实现Cu粉包覆Ti₃AlC₂粉末，本发明采用了机械合金化技术手段。该方法包括如下步骤： 

1)选用250ml体积的不锈钢真空球磨罐，机械合金化时球磨罐的填充系数取0.5～0.6。磨球为不锈钢球，直径有Ф10mm，Ф7.5mm和Ф6mm三种。按填充系数，根据标配，选取质量为600g的磨球。 

2)根据步骤1)中磨球的总量600g，(10:1)～(50:1)的球料质量比加入Cu粉和Ti₃AlC₂粉末。Cu粉的体积分数为20～50%，其余为Ti₃AlC₂粉末。研究Cu粉的体积含量对包覆效果的影响。 

3)按步骤1)和步骤2)配好的磨球和粉料同时加入真空球磨罐中，拧好后用旋片式真空泵抽真空15min，防止球磨过程中粉体被氧化。 

4)将步骤3)的真空球磨罐放置于行星球磨机上，转速设定在200rpm、300rpm和400rpm。球磨时间为1～10h，进行机械合金化包裹Ti₃AlC₂粉末。每1h取样分析包覆效果，为防止球磨罐内温度过高并提高球磨效率，每球磨2h间歇风冷30min后，再继续球磨。