[发明专利]一种具有多级尺度微观结构的钛基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种具有多级尺度微观结构的钛基复合材料，其特征在于：

所述具有多级尺度微观结构的钛基复合材料包括钛基框架和钛基增强材料；所述钛基增强材料填充在所述钛基框架内部；所述钛基增强材料包含陶瓷增强相；

所述钛基框架形成第一级尺度微观结构；

所述钛基增强材料中陶瓷增强相形成第二级尺度微观结构。

2.根据权利要求1所述具有多级尺度微观结构的钛基复合材料，其特征在于：

所述钛基框架的内部沿高度方向为多孔结构；优选的是，所述多孔结构为蜂窝状结构；更优选的是，所述多孔结构的孔径为0.5mm～3mm；所述多孔结构的孔壁厚度为0.1～1mm。

3.根据权利要求1所述具有多级尺度微观结构的钛基复合材料，其特征在于：

所述钛基增强材料中陶瓷增强相呈网状结构分布；所述网状结构中网状单元的直径为50～200μm。

4.根据权利要求1所述具有多级尺度微观结构的钛基复合材料，其特征在于：

所述钛基增强材料中含有的陶瓷增强相的体积分数为1.7vol％～8.5vol％；优选的是，所述陶瓷增强相为TiB。

5.一种具有多级尺度微观结构的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将第一球形钛基粉末进行激光3D打印，得到钛基框架；

(2)将第二球形钛基粉末与陶瓷粉末充分混合，静置，得到钛基混合粉末；

(3)将钛基混合粉末填充到所述钛基框架中，得到填粉框架；

(4)将填粉框架经真空热压烧结、冷却，得到在钛基框架内部填充有钛基增强材料的具有多级尺度微观结构的钛基复合材料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：

所述第一球形钛基粉末和/或第二球形钛基粉末选自纯钛、TC4钛合金粉末、TA15钛合金粉末中的一种。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中：

通过设计所述钛基框架形状和内部孔隙尺寸，建立数字模型，设置激光3D打印参数，对第一球形钛基粉末进行激光3D打印；

所述激光3D打印参数为：激光功率155W，扫描速度1200mm/s，粉层厚度30μm；和/或

所述第一球形钛基粉末的粒径为30～53μm。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：

将所述第二球形钛基粉末与陶瓷粉末在氩气环境中通过球磨混匀后，并在球磨罐中静置5h以上；

优选的是，所述球磨的球磨转速为180～220r/min，球磨时间为4～5h，球料比为(3～5):1。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中：

所述钛基混合粉末中陶瓷粉末占1wt％～5wt％；

所述第二球形钛基粉末的粒径为75～150μm；所述陶瓷粉末的粒径为1～8μm；优选的是，所述陶瓷粉末为TiB₂。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤(4)中：

所述真空热压烧结处理的温度为1100～1300℃，压力为20～30MPa，时间为1～2h，真空度≥1×10^-2Pa。