[发明专利]一种基于冷冻成型工艺制备具有层片结构多孔钛铝合金的方法

说明书

本发明属金属间化合物技术领域，提供一种基于冷冻成型工艺制备具有层片结构多孔钛铝合金的方法。孔隙率可控的具有层片结构多孔钛铝材料的制备方法。以TiH₂、Al为主要原料，具体制备过程为：将TiH₂、Al粉、分散剂、粘结剂和去离子水按一定比例球磨混合，制得不同固相含量的浆料；将倒入浆料的模具放置在的冷冻介质中冷冻成型；将冷冻成型获得的试样在冷冻干燥机中进行干燥；将干燥的试样在真空烧结炉中进行烧结，获得层片结构的钛铝多孔材料。操作简单，无污染，成本低。大幅度提高多孔材料的使用寿命和服役环境，并扩大多孔材料的使用范围。有利于控制孔径和层片壁厚的尺寸，适应不同的应用需求。

技术领域

本发明属于金属间化合物技术领域，特别是提供了一种基于冷冻成型工艺制备具有层片结构多孔钛铝合金的方法。具体是将TiH₂、Al粉与水均匀混合制成水基浆料冷冻成型后干燥、真空烧结制成层片结构多孔钛铝合金。

背景技术

多孔金属间化合物同时具有金属键和共价键，是高温应用的理想候选材料。与多孔陶瓷和聚合物泡沫相比，多孔金属间化合物由于密度低、熔点高、高温强度好、环境阻力大等特点，被认为是一种潜在的轻质高温结构材料和功能材料，可以应用在过滤、隔热等方面。

多孔TiAl合金由于其可调的孔径和气孔、大的表面积、良好的耐腐蚀性和易于加工等性质，使多孔TiAl合金成为工程上最有前途的结构材料之一。但以往的多孔TiAl合金制备工艺仍有很大的不足。自蔓延高温合成制备的泡沫金属，纯度高，加工周期短，但该方法只能制备有限的多孔材料；散粉烧结的操作简单，试样可以直接压制成型，根据颗粒大小可以确定孔隙的形态和大小，但这种多孔材料孔隙结构单一，孔隙率低；热爆法制备多孔材料时能够有效避免因受热不均匀而导致试样变形开裂，是一种节能，耗时短的新型工艺。但是热爆炸产生的温度较难控制，温度过低时不足以使Ti、Al发生反应，温度过高时由于爆炸产生的能量过高，导致过烧，损耗材料。

最近冷冻成型已成为国内外的热点研究方向。冷冻成型能够很好的控制孔隙方向及孔径大小，操作简单且完全是物理过程，适用范围可从陶瓷材料推广至其他多种材料。冷冻成型法制备多孔材料时，将由粉料，粘结剂等配制成的浆料进行冷冻成型，在一定的过冷度下浆料中的溶剂凝结成晶体，随后冷冻干燥时溶剂晶体开始升华，试样内部原晶体的位置就会留下孔隙。通过调整温度梯度，控制冰晶的生长方向进而控制TiAl合金气孔的形状、大小和方向。因此采用冷冻成型方法快速制备高孔隙率TiAl合金多孔材料，具有重要的实际意义。

采用TiH₂、Al粉、分散剂、粘结剂和去离子水均匀混合制成水基浆料冷冻成型后干燥、真空烧结制成层片结构钛铝多孔材料，国内外尚无其它任何报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于冷冻成型工艺制备具有层片结构多孔钛铝合金的方法。

本发明由如下技术方案实现的：一种基于冷冻成型工艺制备具有层片结构多孔钛铝合金的方法，将成分配比为50~80at.% TiH₂粉、50~20at.% Al粉混合，加入到占粉末质量为1wt.%的聚丙烯酸钠分散剂、1wt.%的聚苯乙烯粘结剂，将分散剂和粘结剂与去离子水混合制成固相含量为10-40vol%的水基浆料，以-10℃~-30℃无水乙醇为冷冻介质，-30℃冷冻成型，-30℃冷冻干燥24h、真空烧结制成层片结构多孔钛铝合金。

具体步骤如下：

（1）混合金属粉末的配制：按照成分配比将TiH₂、Al粉均匀混合；

（2）配制并研磨浆料：用玻璃棒将混合金属粉末、分散剂及粘结剂和去离子水混合，并加入球磨介质研磨球，在罐磨机上90 r/min充分研磨4h；