[发明专利]一种双连续相Ti3AlC2/Ni基复合材料及其无压浸渗制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双连续相Ti₃AlC₂/Ni基复合材料及其无压浸渗制备方法。

背景技术

镍基高温合金在整个高温合金领域内占有特殊重要的地位，它广泛地用于制造航空喷气发动机、各种工业燃气轮机的最热端部件，如涡轮部分的工作叶片、导向叶片、涡轮盘和燃烧室等。在先进的航空发动机中，高温合金的用量占40-60％，因此这种材料被喻为“燃气涡轮的心脏”。近年来由于涡轮叶片工作温度的提高，要求合金有更高的高温强度和工作温度。目前为了改进Ni基复合材料在高温场所的蠕变性能，抗热疲劳性能，一些传统的陶瓷颗粒像Al₂O₃、SiO₂、TiC、WC、SiC、TiB₂等颗粒用于制备镍基复合材料，此外，为了增强镍基合金的摩擦性能，石墨、MoS₂等陶瓷颗粒添加到基体中以增强其润滑性。但是这些陶瓷的加入容易破坏Ni基体的可加工性，导电性，降低材料的韧性等。

Ti₃AlC₂是一种新型的三元碳化物陶瓷，由M.A.Pietzka和J.C.Schuster首次发现并在《J.Phase Equilib》1994年第15期392页公开报道。钛铝碳属于六方晶系，晶粒为层状结构、外形呈板状，理论密度为4.25g/cm³。其多晶块体材料的维氏硬度为3.5GPa、杨氏模量为297GPa、室温压缩强度为540～580MPa、室温弯曲强度为360～390MPa、室温电阻率为0.35μΩ·m，经1100℃淬火后强度不降低，可机加工(参考文献：N.V.Tzenov和M.W.Barsoum,J.Am.Ceram.Soc.,2000,83[4]:825)。此外，其多晶块体材料具有良好的摩擦学性能：在0.8MPa压强和60m/s滑动速度下，对低碳钢的干摩擦系数约为0.1，磨损率约为2.5×10^-6mm³/Nm(参考文献：H-X Zhai，et al,Mater.Sci.Forum,2005[475-479]:1251)。因此，将其作为增强相来增强Ni基复合材料，可以具有高强度、高硬度和耐磨性等。但是，目前为止还没有利用这种新型陶瓷来增强Ni基复合材料的报道。

双连续相金属陶瓷材料，是20世纪80年代发展起来的陶瓷/金属复合材料的一种结构形式，即陶瓷相与金属相均为三维空间连续，在空间呈网络交叉结构。这种结构使其具有颗粒或纤维增强复合材料没有的特点：相对于纤维增强材料，其在整体结构上具有各向同性的特点、相对于颗粒或晶须增强材料，它具有相互连续的特点。双连续相Ti₃AlC₂/Ni基复合材料可以使Ti₃AlC₂陶瓷和Ni基合金均为连续分布，陶瓷骨架因为金属相所具有的韧性得到增韧，金属相由于陶瓷骨架的刚性承载作用而得到增强，两者相互依托，相互补强，互为支撑骨架，与传统的颗粒增强、纤维增强和晶须增强复合材料相比，具有更为独特的力学性能、抗摩擦磨损性能、减振性能和热学性能，而且具备性能的各向同性，同时由于Ti₃AlC₂的加入，能显著降低复合材料的密度，因此可以减小实际应用过程中的零部件重量，有助于节约能源消耗，提高使用可靠性。在航空航天、交通运输、机械制造等工业领域展示了广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以多孔Ti₃AlC₂预制体(气孔率为20～80％)和Ni基合金粉为原料制成的双连续相Ti₃AlC₂/Ni基复合材料及其无压浸渗制备方法。

本发明的技术方案：

本发明的双连续相Ti₃AlC₂/Ni基复合材料，其成分如下：

Ti₃AlC₂的体积含量为20～80vol％，其余为Ni基合金。

本发明的双连续相Ti₃AlC₂/Ni基复合材料，其显微结构如下：

陶瓷相Ti₃AlC₂与金属相Ni基合金相各自呈三维空间连续分布，在空间呈网络交叉结构，二者界面结合牢固。