[发明专利]固相原位反应生成耐高温高强度TiC增强钛基复合材料及其制备方法

说明书

一种固相原位反应生成耐高温高强度TiC增强钛基复合材料及其制备方法，它由重量份为98.5～99.5的基体以及重量份为0.5～1.5%的碳纳米管（CNTs）组成，两者通过粉末冶金原位反应制备而成，所述的基体由90%TB8合金粉（Ti‑14.26Mo‑2.45Nb‑2.86A1‑0.18Si）和10%的纯Ti粉混合而成，所述的基体与碳纳米管在粉末冶金原位反应过程中生成TiC增强相。本发明的抗压强度和抗氧化性较TB8有明显的提升。

技术领域

本发明涉及钛基复合材料技术，尤其是一种TiC增强的钛基复合材料，具体地说是一种以CNTs为原材料通过粉末冶金原位反应生成TiC增强的钛基复合材料。

背景技术

钛基复合材料与其基体合金具有比强度高，比弹性模量高、耐高温等一系列特性，在航空寒天、武器装备领域具有广阔的应用前景和不可替代的作用。TiC钛基复合材料常用的增强体，目前主要采用外加法和液相原位制备TiC增强钛基复合材料。而外加法存在增强体与基体界面结合不理想的问题，液相原位反应法制备的复合材料常出现增强体团聚的问题，通过这两种方法制备的复合材料的性能通常不够理想。而采用固相原位反应生成的TiC增强钛基复合材料，由于通过原位反应生成增强体，与基体之间有良好的界面结合能力，能够和好的克服这些问题。TB8型钛基复合材料，由于具有Mo元素等，其具有高强度的同时，也具有良好的耐高温性能，但其那热性能通常不超过600℃，限制了其应用。碳纳米管（CNTs）具有高强度（高达-100 GPa）、高模量（约1 TPa）、大长径比（约1000）、轻量（约2 g/cm3）等特点，以CNTs为原料，与Ti通过原位生成的TiC有望继承CNTs的微结构特点和优异的性能。

到目前为止，尚未有一种具有自主知识产权的以CNTs和TB8为原料固相原位生成耐高温高强度TiC增强的钛基复合材料及其制备方法可供使用，这一定程度上制约了我国航空航天、武器装备等工业的发展。

发明内容

本发明的目的是针对现有的钛基复合材料性能难以提高的问题，发明一种以CNTs和高强度耐高温TB8型钛合金为原料，粉末冶金高温原位反应生成TiC增强的钛基复合材料及其制备方法。

本发明的技术方案之一是：

一种固相原位反应生成耐高温高强度TiC增强钛基复合材料，其特征是，它由重量份为98.5～99.5的基体以及重量份为0.5～1.5%的碳纳米管（CNTs）组成，两者通过粉末冶金原位反应制备而成，所述的基体由90% TB8合金粉（Ti-14.26Mo-2.45Nb-2.86A1-0.18Si）和10% 的纯Ti粉混合而成，所述的基体与碳纳米管在粉末冶金原位反应过程中生成TiC增强相。

本发明的技术方案之二是：

一种固相原位反应生成耐高温高强度TiC增强钛基复合材料的制备方法，其特征是按照以下步骤进行：

（1）制备TB8合金粉末：通过雾化法将TB8钛合金棒料制备成原始钛合金粉末，过200目筛；

（2）机械湿磨混合粉末：先湿磨CNTs增强体，加入TB8型基体粉末和纯钛粉后继续湿磨，球料比8:1，湿磨介质为无水乙醇，球磨机转速为300±50 r/min；湿磨时间至少1小时；得到混合粉料；

（3）烘干：将复合粉料置于真空干燥箱，随干燥箱升温至70±5℃后保温12 h；得到含磨球的烘干粉末；

（4）干磨混合粉末，过筛：将含磨球的烘干粉末置于球磨机上进行干磨，转速为300 ±50r/min，干磨时间为7h，干磨结束后过200目筛；得到复合粉；

（5）冷压成型：将复合粉并放入模具中，使用液压机进行压制，压力为700 ±10MPa，保压至少30s；得到压制件；