[发明专利]一种纳米金刚石增强钛基复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米金刚石增强钛(Ti)基复合材料，具体地说，涉及一种纳米金刚石粉和钛粉原位自生合成的碳化钛增强的钛基复合材料，所述复合材料具有高动态强度，属于复合材料技术领域。

背景技术

金属基复合材料由于具有金属的特性、还具有高比强、高比刚、耐热、耐磨的综合性能而受到广泛重视。在金属基复合材料中，钛及钛合金具有比重轻、耐腐蚀、耐氧化强度高等特点而受到青睐。颗粒增强钛基复合材料与纤维增强钛基复合材料相比，其性能和功能的可设计性强，制造工艺技术相对经济，简单可行，制备的材料具有各向同性，并且可以近净成形。

在防弹装甲的研究领域，由于对于抗侵彻能力、抗崩落能力和抗冲击能力的需求，装甲材料应尽可能满足“高硬度、高韧性、高强度、低密度”的指标，这些性能与装甲材料密切相关；但是对于装甲材料高硬度、高韧性、高强度、低密度的指标要求，没有任何一种均质单相材料可以同时具有。复合材料装甲可以兼具陶瓷和金属两种材料的特性，所以具有极大优势。复合材料装甲具有密度小、防护性能高、制造工艺简单的优点，可以同等重量的情况下，通过对其进行适当设计，使复合材料装甲的防弹能力达到钢装甲的数倍，也就是说在相同的防护等级下，先进复合材料装甲可比常规钢装甲轻很多。因此，研究获得一种动态强度提高的钛基复合材料装甲具有重要意义。

当前对于钛基复合材料力学性能的研究大多集中在准静态拉伸和准静态压缩上，对于钛基复合材料动态力学行为的研究并不完善。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明目的在于提供一种纳米金刚石增强钛基复合材料，所述复合材料利用纳米金刚石作为碳源制备得到，具有高动态强度，特别适合作为装甲材料，对于复合材料装甲的研究具有积极意义。

为实现本发明的目的，提供如下技术方案。

一种纳米金刚石增强钛基复合材料，所述复合材料是通过以下制备方法制得的：

(1)粉末处理：以纳米金刚石粉和钛粉作为原料，将原料以300r/min以上的转速球磨2h以上，混合均匀后得到浆料，去除料浆中的球磨分散介质，然后真空干燥，得到干燥粉末；

其中，磨球的直径为3mm～10mm；

优选纳米金刚石粉的粒度为1nm～10nm；

优选钛粉的粒度为1μm～30μm；

优选钛粉为球形；

以原料的总体积为100％计，纳米金刚石粉的体积百分含量为1％～1.8％；

可采用行星球磨机进行球磨混合；

优选无水乙醇作为球磨分散介质；

优选磨球为陶瓷球；更优选磨球为ZrO₂球；

优选磨球与混合粉末的质量比为4:1～10:1；

优选球磨转速为300r/min～400r/min，球磨2h～18h；

可将浆料放入旋转蒸发仪旋转蒸发去除其中的球磨分散介质；

优选真空干燥为90℃～120℃真空干燥10h～12h；

可采用真空干燥箱进行真空干燥；

(2)热压烧结：将干燥粉末装入模具，在无氧条件下进行热压烧结，升温升压至900℃～1300℃，30MPa～50MPa，保温保压1h，得到本发明所述的一种纳米金刚石增强钛基复合材料；

其中，优选将干燥粉末研磨混合均匀后再装入模具；

优选模具采用石墨模具，模具内部垫有石墨纸，以防钛粉与石墨模具发生反应；

无氧条件可采用惰性气体保护或抽真空实现；

可采用热压炉进行热压烧结；

优选热压烧结的升温速率为10℃/min；

随炉冷却到常温常压即可取出所述纳米金刚石增强钛基复合材料。

有益效果

本发明提供了一种纳米金刚石增强钛基复合材料及其制备方法，所述复合材料采用纳米金刚石粉和球形钛粉作为原料，球磨混合时，在不断的摩擦和碰撞过程中，坚硬的金刚石粉镶嵌附着在球形钛粉表面，同时由于金刚石粉颗粒极其细小，因此能够更好的混合均匀；球磨过程中钛粉颗粒储存变形能，热压烧结可以得到碳化钛增强体颗粒，提高了所述复合材料的动态力学性能，具有极高的动态强度。

附图说明

图1为实施例1制得的纳米金刚石增强钛基复合材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。

图2为实施例1制得的纳米金刚石增强钛基复合材料的动态压缩真实应力应变曲线。

图3为实施例2制得的纳米金刚石增强钛基复合材料的扫描电子显微镜照片。