[发明专利]3D打印高致密度钛-硼化钛的复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种3D打印高致密度钛‑硼化钛的复合材料及其制备方法。其技术方案是：将45～84wt％的钛粉体和16～55wt％的二硼化钛粉体混合，得原料粉；按原料粉∶玛瑙球的质量比为1∶(1～5)配料，混合得钛与二硼化钛粉体。按每层铺粉厚度将钛与二硼化钛粉体手动铺粉于3D打印设备的基板上，先手动铺粉和手动控制激光扫描3～5层，然后每层自动铺粉和每层自动激光扫描至目标物打印完成，得到钛‑硼化钛的复合材料。再用喷砂机打磨和表面除杂处理，干燥，热处理，得到3D打印高致密度钛‑硼化钛的复合材料。本发明工艺简单、无需模具、无需高温高压制备条件、无需后续减材加工处理；所制制品纯度高、致密度高、力学性能优异、尺寸精确度高。

技术领域

本发明属于钛-硼化钛的复合材料技术领域。具体涉及一种3D打印高致密度钛-硼化钛的复合材料及其制备方法。

背景技术

钛具有密度低、无磁性、优异的抗腐蚀性及生物相容性等特点，可广泛应用于航天航空和生物医药等领域，但存在耐磨性差和硬度低的问题，限制了钛的应用范围。二硼化钛具有低密度、高熔点、高强度、高硬度、高弹性模量、优异的导电性和良好的导热性等优点，已在航天航空、军工制造及复合陶瓷材料等领域得到了广泛的应用。因此，二硼化钛可作为陶瓷增强相，能有效地提高钛的耐磨性、耐高温性和硬度。

目前，钛与二硼化钛复合材料的制备方法有真空烧结法、无压法和热压法，但这些制备方法均是纯度不高的原料经易引入杂质的球磨机或罐磨机混合，在高温高压条件下仅能合成钛与二硼化钛复合粉体。“网格结构TiB₂-Ti复合金属陶瓷及其制备方法”(CN105886838A)专利技术，将20～50wt％Ti粉、20～50wt％TiB₂粉和15～30wt％甲醇或无水乙醇等挥发性有毒有机溶剂混合均匀，先球磨再干燥，得到原料粉。将所得的原料粉置于温度高达800～1000℃的真空炉中的石墨标准模具中烧结长达1～3h，然后取出再置于另一加压模具中在压力高达3～5GPa、加热功率高达2000～3800W的条件下，得到TiB₂-Ti复合金属陶瓷。“一种TiB₂基陶瓷复合材料及其制备方法”(CN107056304A)专利技术，将8～35wt％Ti粉体、5～52wt％TiB₂粉体和40～60wt％TiC粉体在球磨机中混合均匀，然后将混合粉体在真空或氩气气氛下无压烧结，烧结温度高达1500～1800℃，保温时间长达30～120min，得到TiB₂基陶瓷复合材料。“热压烧结TiB₂-Ti(C，N)陶瓷材料及其制备方法”(CN102173811A)专利技术，将TiB₂粉、Ti(C，N)粉、Ni粉及Mo粉的混合物经球磨后置于石墨标准模具中，再放入升温速率高达70℃/min、温度高达1600℃、压力为32MPa和保温时间为60min的烧结炉中，制得TiB₂-Ti(C，N)陶瓷材料。

因此，制备钛-硼化钛复合材料的方法，如真空烧结法、无压法和热压法，普遍存在工艺复杂、需标准模具、反应温度高、压力大和能耗高等问题，难以制备纯度高、原材料利用率高、形状复杂的制品以及难以快速实现工业化生产。

3D打印技术是一种增材制造技术。选择性激光熔化技术(selective lasermelting,SLM)是3D打印方法中的一种，通过软件建立形状复杂的三维模型，采用分层叠加制造的思路，按高能量激光光束的路径将金属粉末选择性地逐层熔化并快速固化直接成形为复杂金属零件。SLM技术具有工艺简单、无需高温加热条件、制备效率高、生产周期短和成本低的优点，可工业化大批量生产形状复杂和精确度高的制品。