CN105274380A - 一种改善Al2O3多孔预制体与NbAl合金熔体浸润性能的方法 - Google Patents

一种改善Al2O3多孔预制体与NbAl合金熔体浸润性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种改善Al2O3多孔陶瓷预制体与NbAl合金熔体浸润性能的方法。制备具有网络互连结构的NbAl/Al2O3复合材料可以以较低的成本获得致密且具有连续显微结构的近净尺寸制品，从而充分发挥陶瓷和金属间化合物各自的优势，获得抗氧化能力强、力学性能好且使用寿命长的金属基陶瓷复合材料。在利用Al2O3多孔陶瓷预制体熔渗NbAl合金熔体的过程中，由于二者之间的浸润性问题难以实现无压熔渗。本发明通过添加适量的合金化元素，充分改善Al2O3多孔陶瓷预制体与NbAl合金熔体之间的浸润性能，从而实现Al2O3多孔陶瓷预制体与NbAl合金熔体之间的无压熔渗。本发明延伸了NbAl金属间化合物产业链的使用范围，降低了NbAl/Al2O3复合材料的制备成本，具有多方面的技术经济优势。

Description

一种改善Al2O3多孔预制体与NbAl合金熔体浸润性能的方法
技术领域
本发明涉及金属或金属间化合物基陶瓷复合材料制备技术领域，特别涉及一种NbAl/Al2O3复合材料无压熔渗过程中浸润性能改善的方法。
背景技术
与Fe-Al系、Ni-Al系、Ti-Al系金属间化合物相比，Nb-Al金属间化合物具有更高的熔点和适中的密度，成为一种有潜在应用价值的高温结构材料。然而，NbAl金属间化合物高温极易氧化并导致其失效断裂的特点限制了其更大范围的应用。因此采用层状微结构设计的NbAl/Al2O3金属基陶瓷复合结构，充分发挥陶瓷和金属间化合物各自的优势，有望得到抗氧化能力强、力学性能佳、使用寿命长的新型金属基陶瓷复合材料。现有技术中，已发展的制备金属陶瓷复合材料的主要方法有：粉末冶金法、机械合金化法、铸造法、原位反应法，高温自蔓延合成、多孔陶瓷骨架熔渗法等。相比而言，多孔层状陶瓷骨架熔渗法因其能够很好地控制三维孔结构、装置简单、成本低等优点受到广泛关注。然而，在针对多孔层状Al2O3陶瓷预制体无压熔渗NbAl合金熔体的过程中，由于NbAl合金熔体与Al2O3陶瓷预制体之间的浸润性能很差，导致不能实现有效无压熔渗并成功制备NbAl/Al2O3复合材料。因此，为解决无压熔渗过程中NbAl合金熔体与Al2O3陶瓷预制体之间的浸润性问题，本发明提供一种改善Al2O3多孔陶瓷预制体与NbAl合金熔体浸润性能的方法。
发明内容
本发明的目的是：提供一种改善Al2O3多孔陶瓷预制体与NbAl合金熔体浸润性能的方法，解决Al2O3多孔陶瓷预制体与NbAl合金熔体之间能够实现有效的无压熔渗问题，延伸NbAl金属间化合物产业链的使用范围，降低NbAl/Al2O3复合材料的制备成本。本发明的技术设想原理是：通过添加Ti合金化元素，增大Al2O3陶瓷与NbAl合金熔体之间的接触角，改善二者之间的浸润性能，然后，利用毛细作用力实现Al2O3多孔陶瓷预制体与NbAl合金熔体的无压熔渗，为层状互联结构Al2O3/NbAl复合物的制备工艺提供浸润性条件。基于上述原理，实现本发明的技术方案是：
(a)将NbAl金属间化合物破碎成细小颗粒后，利用球磨机球磨成细粉状；
(b)采用混料器将NbAl粉、Ti粉混合均匀，其中Ti粉的原子百分含量为5%—35%；
(c)利用压片机将混合粉末压制成圆片状试样用于无压熔渗；
本发明的主要创造性在于：通过合金化元素Ti的加入，使完全不浸润的Al2O3/NbAl体系实现完全浸润，一方面为层状互联结构Al2O3/NbAl复合物的无压熔渗制备工艺提供浸润性条件，另一方面又不改变陶瓷/金属间化合物复合结构的设计思想，延伸了NbAl金属间化合物产业链的使用范围，降低了NbAl/Al2O3复合材料的制备成本。与现有技术相比本发明的主要优点如下：
对于不浸润陶瓷/金属(或金属间化合物)体系，无法实现无压熔渗，现有技术一般采用压力熔渗，相比而言，压力熔渗设备复杂，同时对熔渗预制体的强度有具体要求，本发明通过合金化元素Ti的加入，改善Al2O3/NbAl体系浸润性能并完全实现无压熔渗，具有明显的技术经济优势。
附图说明
附图1(a)为Al2O3预制体直接熔渗NbAl合金熔体，由于Nb-Al合金熔体与Al2O3陶瓷完全不浸润，因而合金熔体在冷却过程中受表面张力的作用凝固成球形，难以实现无压熔渗；附图1(b)为实施实例1的扫描电镜显微组织照片，可以看出，添加Ti合金化元素后实现了无压熔渗，合金熔体完全填满整个氧化铝预制体骨架。
具体实施方式
实施实例1：
(a)将NbAl金属间化合物破碎成细小颗粒后，利用型号为QM-3SP2球磨机球磨24小时，获得粒度为100微米左右的细粉；
(b)采用混料器将NbAl粉、Ti粉按Nb、Al、Ti的原子百分含量分别为45%、20%、35%进行配料并混合均匀；
(c)采用型号769YP-24B的压片机将上述混合粉末压制成圆片状；
(d)将圆片状压制件置于氧化铝预制体底部或顶部，并放入电磁感应炉中进行无压熔渗，熔渗温度为1830℃，真空度为2×10-3Pa；
经过扫描电镜形貌观察和能谱分析表明：合金熔体完全填满整个氧化铝预制体骨架，实现了无压熔渗。
实施实例2：
(a)将NbAl金属间化合物破碎成细小颗粒后，利用型号为QM-3SP2球磨机球磨24小时，获得粒度为100微米左右的细粉；
(b)采用混料器将NbAl粉、Ti粉按Nb、Al、Ti的原子百分含量分别为55%、35%、10%进行配料并混合均匀；
(c)采用型号769YP-24B的压片机将上述混合粉末压制成圆片状；
(d)将圆片状压制件置于氧化铝预制体底部或顶部，并放入电磁感应炉中进行无压熔渗，熔渗温度为1860℃，真空度为2×10-3Pa；
经过扫描电镜形貌观察和能谱分析表明：合金熔体完全填满整个氧化铝预制体骨架，实现了无压熔渗。

Claims (3)

1.一种改善Al2O3多孔陶瓷预制体与NbAl合金熔体浸润性能的方法，其特征在于通过添加适量的合金化元素，充分改善Al2O3多孔陶瓷预制体与NbAl合金熔体之间的浸润性，实现Al2O3多孔陶瓷预制体与NbAl合金熔体之间的无压熔渗。
2.如权利要求1所述的一种改善Al2O3多孔陶瓷预制体与NbAl合金熔体浸润性能的方法，其特征在于添加的合金化元素为Ti。
3.如权利要求1所述的一种改善Al2O3多孔陶瓷预制体与NbAl合金熔体浸润性能的方法，其特征在于添加Ti合金化元素的原子百分含量为5%—35%。
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