发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷,本发明的目的在于提供一种(Ti,Mo)3AlC2/Al2O3固溶体复合材料及其制备方法,利用Ti-Al-C-MoO3体系为原料,通过铝热反应原位反应工艺低温制备Al2O3强化的Ti3AlC2固溶体复合材料;该方法利用廉价氧化物MoO3替代了昂贵的金属单质,降低了原料成本;同时,铝热还原反应自身产生的反应热,降低了材料的合成温度,并且原位生成的Al2O3增强相颗粒细小、均匀,使材料的性能得到了很大的提高;所制备的材料具有高强、致密、耐高温、可加工的特点。
为了达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种(Ti,Mo)3AlC2/Al2O3固溶体复合材料,其初始原料为纯度大于等于99%,细度小于等于200目的金属Ti粉、Al粉、C粉以及金属氧化物MoO3按以下反应式进行配比:
3(1-x)Ti+(1+6x)Al+2C+3xMoO3→(Ti1-xMox)3AlC2+3xAl2O3 (1)(x=0.0032~0.1386),
结果为:一种(Ti,Mo)3AlC2/Al2O3固溶体复合材料,原料组成成分为:Ti粉占总重量的48.13~73.02%,Al粉占总重量的14.03~19.23%,C粉占总重量的9.35~12.25%和MoO3粉占总重量的0.71~23.29%。
一种(Ti,Mo)3AlC2/Al2O3固溶体复合材料的制备工艺,其步骤为:
步骤一、首先将纯度大于等于99%,细度小于等于200目的金属Ti粉、Al粉、C粉以及金属氧化物MoO3按以下配比称量,Ti粉占总重量的48.13~73.02%,Al粉占总重量的14.03~19.23%,C粉占总重量的9.35~12.25%和MoO3占总重量的0.71~23.29%;
步骤二、将步骤一中的配料放入氧化铝球磨罐中在行星式球磨机上进行混合球磨,以无水乙醇为球磨介质,球磨机的转速为600~900转每分钟,料∶球∶乙醇的质量比=1∶3∶1,球磨0.5~1.5小时;
步骤三、将步骤二所得的球磨粉体在40~50℃下干燥4~8小时;
步骤四、将步骤三所得的干燥后的粉体装入石墨模具中,在真空或氩气条件下,在1100℃~1400℃,5.0~30MPa的压力热压烧结1~2小时;
步骤五、将步骤四所得材料自然冷却至室温即可得到(Ti,Mo)3AlC2/Al2O3固溶体复合材料。
本发明所合成的(Ti,Mo)3AlC2/Al2O3固溶体复合材料,其特征是:它由基体相和增强相两部分组成,基体相占复合材料总重量的81.5~99.5%,增强相占总重量的0.5-18.5%,基体相为(Ti1-x,Mox)3AlC2,其中x取x=0.0032~0.1386,增强相为Al2O3。如果生成的复合材料中Al2O3生成量小于产物质量的0.5%则起不到增强、增韧Ti3AlC2基体的作用,反之,如果产物中Al2O3相量超过Ti3AlC2基体相的含量,不能称之为Ti3AlC2基复合材料,同时,Al2O3生成量将超过18.5%,过量的Al2O3不但起不到改善Ti3AlC2的作用,反而会恶化其性能。因此确定了以上组分范围。
本发明利用Ti粉、Al粉、C粉以及MoO3粉体为原料,通过铝热反应在基体相生成的过程中自生颗粒增强相Al2O3;同时还原出的金属单质Mo对Ti3AlC2进行固溶强化。从而制备了Al2O3弥散强韧化的细晶Ti3AlC2固溶体复合材料。由于该工艺所合成的材料成分可调性大,烧成温度低,结构均匀致密,成本较低,力学性能优异,拓宽了该复合材料的应用范围。
具体实施方式
实施例一
一种(Ti,Mo)3AlC2/Al2O3固溶体复合材料,其原料重量组成成分为:270目的Ti粉占总重量的67.33%、200目的Al粉占总重量的16.62%、1200目的C粉占总重量的10.42%、MoO3粉占总重量的5.63%。
本实施例的制备工艺步骤如下:
步骤一、首先将纯度大于等于99%,细度小于等于200目的金属Ti粉、Al粉、C粉以及金属氧化物MoO3按以下配比称量,270目的Ti粉占总重量的67.33%、200目的Al粉占总重量的16.62%、1200目的C粉占总重量的10.42%、MoO3粉占总重量的5.63%;
步骤二、将步骤一中的配料放入氧化铝球磨罐中在行星式球磨机上进行混合球磨,以无水乙醇为球磨介质,球磨机的转速为800转每分钟,料∶球∶乙醇的质量比=1∶3∶1,球磨1小时;
步骤三、将步骤二所得的球磨粉体在44℃下干燥6小时;
步骤四、将步骤三所得的干燥后的粉体装入石墨模具中,在真空条件下,在1360℃,16MPa的压力热压烧结2小时;
步骤五、将步骤四所得材料自然冷却至室温即可得到(Ti,Mo)3AlC2/Al2O3固溶体复合材料。
本实施例所合成的(Ti,Mo)3AlC2/Al2O3固溶体复合材料,其特征是:它由基体相和增强相两部分组成,基体相占复合材料总重量的96%,增强相占总重量的4%,基体相为基体相(Ti0.9730,Mo0.0270)3AlC2,增强相为Al2O3。
实施例二
一种(Ti,Mo)3AlC2/Al2O3固溶体复合材料,其原料重量组成成分为:270目的Ti粉占总重量的70.50%、200目的Al粉占总重量的15.93%、1200目的C粉占总重量的10.75%、MoO3粉占总重量的2.82%。
本实施例的制备工艺步骤如下:
步骤一、首先将纯度大于等于99%,细度小于等于200目的金属Ti粉、Al粉、C粉以及金属氧化物MoO3按以下配比称量,270目的Ti粉占总重量的70.50%、200目的Al粉占总重量的15.93%、1200目的C粉占总重量的10.75%、MoO3粉占总重量的2.82%;
步骤二、将步骤一中的配料放入氧化铝球磨罐中在行星式球磨机上进行混合球磨,以无水乙醇为球磨介质,球磨机的转速为800转每分钟,料∶球∶乙醇的质量比=1∶3∶1,球磨1小时;
步骤三、将步骤二所得的球磨粉体在47℃下干燥6小时;
步骤四、将步骤三所得的干燥后的粉体装入石墨模具中,在真空或氩气条件下,在1360℃,16MPa的压力热压烧结2小时;
步骤五、将步骤四所得材料自然冷却至室温即可得到(Ti,Mo)3AlC2/Al2O3固溶体复合材料。
本实施例所合成的(Ti,Mo)3AlC2/Al2O3固溶体复合材料,其特征是:它由基体相和增强相两部分组成,基体相占复合材料总重量的98%,增强相占总重量的2%,基体相为基体相(Ti0.9869,Mo0.0131)3AlC2,增强相为Al2O3。
实施例三
一种(Ti,Mo)3AlC2/Al2O3固溶体复合材料,其原料重量组成成分为:270目的Ti粉占总重量的61.01%、200目的Al粉占总重量的16.37%、1200目的C粉占总重量的11.33%、MoO3粉占总重量的11.29%。
本实施例的制备工艺步骤如下:
步骤一、首先将纯度大于等于99%,细度小于等于200目的金属Ti粉、Al粉、C粉以及金属氧化物MoO3按以下配比称量,270目的Ti粉占总重量的61.01%、200目的Al粉占总重量的16.37%、1200目的C粉占总重量的11.33%、MoO3粉占总重量的11.29%;
步骤二、将步骤一中的配料放入氧化铝球磨罐中在行星式球磨机上进行混合球磨,以无水乙醇为球磨介质,球磨机的转速为800转每分钟,料∶球∶乙醇的质量比=1∶3∶1,球磨1小时;
步骤三、将步骤二所得的球磨粉体在44℃下干燥6小时;
步骤四、将步骤三所得的干燥后的粉体装入石墨模具中,在真空或氩气条件下,在1360℃,16MPa的压力热压烧结1~2小时;
步骤五、将步骤四所得材料自然冷却至室温即可得到(Ti,Mo)3AlC2/Al2O3固溶体复合材料。
本实施例所合成的(Ti,Mo)3AlC2/Al2O3固溶体复合材料,其特征是:它由基体相和增强相两部分组成,基体相占复合材料总重量的92%%,增强相占总重量的8%,基体相为基体相(Ti0.9423,Mo0.0577)3AlC2,增强相为Al2O3。