[发明专利]一种TiB和La2

说明书

本发明涉及一种TiB和La₂O₃增强钛基复合材料的制备方法，属于金属基复合材料领域；所述方法通过将LaB₆粉和钛粉，或LaB₆粉和钛合金粉，加入球磨罐中，混合均匀得到混合泥浆，干燥，得到混合粉末；采用放电等离子系统对所述混合粉末进行烧结处理，得到复合材料块体，清洗，干燥；将干燥后复合材料块体经热处理炉加热，随后取出空冷至室温，得到本发明所述的一种TiB和La₂O₃增强钛基复合材料；所述复合材料具有较高的致密度以及较高强度，力学性能良好。

技术领域

本发明涉及一种TiB和La₂O₃增强钛基复合材料的制备方法，属于金属基复合材料领域。

背景技术

钛合金具有很多优异的性能，如：低密度(约4.5g/cm³)，高强度，良好的耐腐蚀性以及无磁性等。目前，钛合金主要应用于航空航天和军事工业，然而，随着航空航天等领域对材料的综合性能要求越来越高，仅仅依靠添加合金元素或者改变热处理工艺来提升现有钛或钛合金的力学性能已经变得越来越困难，进而成为制约钛和钛合金未来发展的重要因素。近二十年来，钛基复合材料(Titanium Matrix Composite，TMCs)逐渐走入人们视野。在钛基复合材料中，陶瓷和稀土元素增强钛基复合材料以优异的耐高温性能以及良好的综合机械性能改善了钛和钛合金性能并且扩展钛和钛合金的应用，得到了研究者们的普遍青睐。

TiB作为一种常见的陶瓷钛合金增强体，其形态主要是棒状或者晶须，可通过无定型硼(B)粉或硼化物(例如：TiB₂、B₄C、LaB₆等)与钛或钛合金原位反应制备生成。TiB的杨氏模量为550GPa，抗拉强度远高于钛，且熔点高，其熔点为2473K；TiB与钛以及钛合金密度相近，泊松比相同，热膨胀系数相差较小，相容性较好。因而对于钛合金来说是一种十分理想的原位增强体材料。

La₂O₃作为一种稀土氧化物增强体逐渐成为研究热点，稀土元素在影响钛合金性能方面主要体现在一下几点：稀土元素作为一种强烈的脱氧剂，可以与反应生成细小的稀土氧化物，从而降低合金的氧含量，提高合金的力学性能；反应生成的稀土氧化物会弥散分布在钛合金基体内部，对位错的运动具有阻碍作用，这可以有效提高钛合金的高温强度和抗蠕变性能。

在钛基复合材料中，尺寸处于不同数量级(如，微米级和纳米级)的增强体共同增强钛或钛合金，这样就形成了多尺度增强钛基复合材料，不同尺度的增强体共同增强钛基复合材料，有利于发挥各自的优势，对复合材料的性能提高具有重要意义。

上海交通大学的吕维洁课题组通过自耗电极真空电弧重熔技术成功制备出了(TiB+La₂O₃)/TC4，其中TiB晶须的平均长径比为5.6；哈尔滨工业大学Han等人采用SPS技术直接制备了(La₂O₃+TiB)/Ti2AlNb，当烧结温度达到1030℃时，致密度为98％，此时的抗拉强度仅为511MPa。

目前，原位生成法是制备陶瓷和稀土元素增强钛基复合材料的主流方法，原位生成法是在一定条件下通过反应物之间的原位反应，在钛或钛合金基体中生成增强体的技术，其具有界面相容性好，结合强度高等优点，包括粉末冶金法，熔铸法，快速凝固法等。放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)作为制备金属基复合材料的一种新的技术，具有升温速率快，烧结时间短等优点，然而烧结时仍然会出现温度不均匀，局部过热的问题，此时部分TiB异常长大，导致长径比降低。由韩国学者Min Young Koo的研究表明，TiB晶须长径比的降低会引起增强相荷载转移强化效应下降，从而降低TiB增强钛基复合材料力学性能。另外，常规的制备钛基复合材料的方法需要较长的时间，随着制备时间的延长，原位反应生成的TiB晶须和基体晶粒开始粗化，TiB长径比降低，较低长径比的TiB晶须和粗大的晶粒都会降低材料的性能。