[发明专利]一种三维网状结构原位TiC非连续增强钛基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种三维网状结构原位TiC非连续增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

a）将粉料、分散剂、硝酸盐溶液和粘结剂混合球磨，得到浆料；

所述分散剂选自无水乙醇、丙酮、乙二醇、正丙醇和水中的一种或几种；

所述粘结剂选自松香与松节油的混合物、聚乙烯醇、聚乙二醇和硅酸钠中的一种或几种；

所述分散剂与所述粉料的质量比为80%~100%；

所述粘结剂与所述粉料的质量比为10%~20%；

b）对所述浆料喷雾干燥，得到球形复合粉末；

c）在烃类气体、氢气和惰性气体的混合气体环境下，对所述球形复合粉末进行化学气相沉积处理，得到碳纳米管包覆的球形复合粉末；

d）对所述碳纳米管包覆的球形复合粉末进行烧结，得到三维网状结构原位TiC非连续增强钛基复合材料；

所述烧结的条件为：温度1150~1400℃，保温时间8~30 min，轴向加载压强30~60 MPa；

所述粉料包括以下质量比的组分：

层状硅酸盐矿物粉末 2%~5%；

Co粉 12%~25%；

Ti粉 余量；

所述硝酸盐溶液中的硝酸盐为硝酸铁、硝酸镍和硝酸镁；

所述步骤c）中，所述化学气相沉积处理为等离子增强化学气相沉积处理；

所述等离子增强化学气相沉积处理的过程包括：

将所述球形复合粉末置于等离子体增强化学气相沉积设备中，对反应腔体抽真空后开始加热，加热至目标温度后，向反应腔体中通入烃类气体、氢气和惰性气体，同时接通电源进行等离子体增强化学气相沉积反应，得到碳纳米管包覆的球形复合粉末；

所述抽真空至真空度为10^-4~10^-5 Pa；

所述目标温度为400~500℃；

所述烃类气体的流量为8~12 sccm；

所述惰性气体的流量为50~70 sccm；

所述氢气的流量为25~35 sccm；

所述反应的功率为45~55 W，时间为20~40 min。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸盐溶液中，各硝酸盐的浓度均为0.4~0.8 mol/L；

所述硝酸盐溶液与所述粉料的质量比为50%~100%。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述层状硅酸盐矿物粉末选自蛇纹石粉末、凹凸棒石粉末、蒙脱石粉末和海泡石粉末中的一种或几种；

所述层状硅酸盐矿物粉末的粒度为≤2μm；

所述Co粉的粒度为≤3μm；

所述Ti粉的粒度为≤5μm。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b）中，所述喷雾干燥的条件为：进口温度150~300℃，出口温度90~120℃，雾化盘频率为240~300Hz；

所述步骤c）中，所述烃类气体选自乙炔、乙烷和甲烷中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤b）之后、步骤c）之前，还包括：对所述球形复合粉末进行干燥和筛分；

所述干燥的温度为300~400℃，时间为1~3 h；

所述筛分为：筛分出粒度为270~550目的粉末。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤d）中，所述烧结为放电等离子烧结或热压烧结；

所述放电等离子烧结的条件为：温度1150~1350℃，升温速率为90~110℃/min，保温时间8~12 min，轴向加载压强30~50 MPa；

所述热压烧结的条件为：温度1200~1400℃，升温速率为60~80℃/min，保温时间15~30min，轴向加载压强40~60 MPa。

7.一种权利要求1~6中任一项所述的制备方法制得的三维网状结构原位TiC非连续增强钛基复合材料。