CN109913684B - 一种快速制备钛铝多孔材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速制备钛铝多孔材料的方法，包括如下步骤：S1按成分40‑60at%Ti粉和60‑40at%Al粉配比，进行均匀混粉；Ti粉和Al粉的尺寸为40‑150μm之间；S2采用冷压成型的方法，压制成预制块，其压力为50‑500MPa；S3采用高温自蔓延烧结工艺，把预制块放在感应线圈内加热，在烧结初期的2‑4分钟内采用1‑3KW的功率加热，利用钛和铝之间放热的自加热和热传导作用，使预制块迅速升温，当温度达到接近667°C时，预制块迅速升温，在10‑12秒的时间内温度由接近667°C迅速上升到1150‑1200°C；当钛铝放热反应结束后，温度开始下降，到1100‑1120°C时，继续升温，使温度达到1280‑1320°C；烧结时采用氩气保护，氧含量≤20ppm；S4反应完成后，预制块在氩气中冷却。本发明具有烧结工序减少，流程缩短，工艺简单，的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备钛铝多孔材料的方法，本发明属于金属间化合物技术领域。
背景技术
多孔材料是以一定体积分数的多种形态的空隙为有益组元，孔隙与连续均质或异质基体复合而成的一类材料，被认为是可持续发展和促进环境友好型工业发展的重要支撑之一，已成为具有巨大应用潜力的高性能功能-结构材料。多孔材料由于具有一定孔径范围分布的空隙，较大的比表面积，吸附容量和许多特殊的性能，可实现过滤、隔音、隔热、抗震、吸附等多种功能，广泛应用于航空航天、能源、化工和冶金等众多工业领域。高分子多孔材料存在抗高温高压性能差，不耐有机溶剂，以及抗环境腐蚀性能不足等缺陷。陶瓷多孔材料的脆性和难以焊接和密封等不足。而普通多孔金属材料的最大缺陷在于耐酸碱腐蚀性能和抗高温氧化性能差。因此兼有优良的高温强度、抗震性能和耐酸碱腐蚀性能的多孔材料成为新的研究重点。
钛铝金属间化合物低密度，高的比强度和比弹性模量，在高温时仍可以保持足够高的强度和刚度，同时它还具有良好的抗蠕变及抗氧化的能力，目前已经有人把这类材料引人多孔材料领域，但大都采用反应烧结工艺，需要很长的烧结时间，耗费大量的能量。
发明内容
本发明根据以上不足，提供了一种快速制备钛铝多孔材料的方法。
本发明的技术方案是：
一种快速制备钛铝多孔材料的方法，包括如下步骤：
S1 按成分40-60at%Ti粉和60-40at%Al粉配比，进行均匀混粉；Ti粉和Al粉的尺寸为40-150μm之间；
S2采用冷压成型的方法，压制成预制块，其压力为50-500MPa；
S3随后，采用高温自蔓延烧结工艺，把预制块放在感应线圈内加热，在烧结初期的2-4分钟内采用1-3KW的功率加热，利用钛和铝之间放热的自加热和热传导作用，使预制块迅速升温，当温度达到接近667°C时，预制块迅速升温，在10-12秒的时间内温度由接近667°C迅速上升到1150-1200°C；当钛铝放热反应结束后，温度开始下降，当下降到1100-1120°C时，再继续升温，使温度达到1280-1320°C；烧结时采用氩气保护，氧含量≤20ppm；
S4反应完成后，预制块在氩气中冷却，从而获得钛铝多孔金属间化合物。
高温自蔓延合成又称为燃烧合成技术，是利用反应物之间高的化学反应热的自加热和自传导作用来合成材料的一种技术，当反应物一旦被引燃，便会自动向尚未反应的区域传播，直至反应完全。这种合成方法的关键在于反应过程中产生的大量的热量。反应热可以起到如下三个方面的作用:①维持反应的继续进行;②促使反应物或生产物局部熔化成液态;③导致原料粉末吸附气体或反应生成气体的急剧膨胀和释放。反应过程中产生的液体和气体的运动造成含有大量孔隙的多孔体的形成。因此这种烧结方法对于生产实践具有重大指导意义。同时高温自蔓延烧结方法是一种快速烧结方法，对于多孔材料的基础理论和性能评定具有重要的理论意义。
作为优选，所述预制块为圆柱块。
作为优选，所述均匀混粉时，通过行星式球磨机完成。
作为优选，步骤S1中，按成分50at%Ti粉和50at%Al粉配比。
作为优选，步骤S3中，烧结初期时间为3分钟，加热功率为2KW；在111秒的时间内温度由接近667°C迅速上升到1158°C；当钛铝放热反应结束后，温度开始下降，当下降到1110°C时，再继续升温，使温度达到1300°C；烧结时采用氩气保护，氧含量为20ppm。
作为优选，所述为圆柱块的尺寸为直径为40-42mm，高度为18-22mm。
本发明的有益效果如下：
由于高温自蔓延的特点，即烧结工序减少，流程缩短，工艺简单，利用
较低的温度就可以获得较高的能量，是一种环保型烧结方法；
通过控制预制块压制过程中的压力、钛粉和铝粉的粒度和成分配比等，
可以获得不同孔隙率的钛铝金属间化合物，从而适应不同的应用要求；
避免采用传统增加造孔剂的工艺，而是利用钛铝之间的偏扩散造孔，从而节约了能源，减少了污染。
具体实施方式
实施例1：一种快速制备钛铝多孔材料的方法，按成分40at%Ti粉和60at%Al粉配比，采用行星式球磨机进行均匀混粉；Ti粉和Al粉的尺寸为40μm之间；采用冷压成型的方法，压制成直径为40mm，高度为18mm的圆柱形的预制块，其压力为50MPa；随后，采用高温自蔓延烧结工艺，把预制块放在感应线圈内加热，在烧结初期的2分钟内采用1KW的功率加热，利用钛和铝之间放热的自加热和热传导作用，使预制块迅速升温，当温度达到接近667°C时，预制块迅速升温，在10秒的时间内温度由接近667°C迅速上升到1150°C；当钛铝放热反应结束后，温度开始下降，当下降到1100°C时，再继续升温，使温度达到1280°C；烧结时采用氩气保护，氧含量10ppm；反应完成后，预制块在氩气中冷却，从而获得钛铝多孔金属间化合物。
实施例2：一种快速制备钛铝多孔材料的方法，按成分60at%Ti粉和40at%Al粉配比，采用行星式球磨机进行均匀混粉；Ti粉和Al粉的尺寸为150μm之间；采用冷压成型的方法，压制成直径为40mm，高度为22mm的圆柱形的预制块，其压力为500MPa；随后，采用高温自蔓延烧结工艺，把预制块放在感应线圈内加热，在烧结初期的4分钟内采用3KW的功率加热，利用钛和铝之间放热的自加热和热传导作用，使预制块迅速升温，当温度达到接近667°C时，预制块迅速升温，在12秒的时间内温度由接近667°C迅速上升到1200°C；当钛铝放热反应结束后，温度开始下降，当下降到1120°C时，再继续升温，使温度达到1320°C；烧结时采用氩气保护，氧含量20ppm；反应完成后，预制块在氩气中冷却，从而获得钛铝多孔金属间化合物。
实施例3：一种快速制备钛铝多孔材料的方法，按成分50at%Ti粉和50at%Al粉配比，采用行星式球磨机进行均匀混粉；Ti粉和Al粉的尺寸为100μm之间；采用冷压成型的方法，压制成直径为41mm，高度为20mm的圆柱形的预制块，其压力为300MPa；随后，采用高温自蔓延烧结工艺，把预制块放在感应线圈内加热，在烧结初期的3分钟内采用2KW的功率加热，利用钛和铝之间放热的自加热和热传导作用，使预制块迅速升温，当温度达到接近667°C时，预制块迅速升温，在11秒的时间内温度由接近667°C迅速上升到1158°C；当钛铝放热反应结束后，温度开始下降，当下降到1110°C时，再继续升温，使温度达到1300°C；烧结时采用氩气保护，氧含量15ppm；反应完成后，预制块在氩气中冷却，从而获得钛铝多孔金属间化合物。
Claims (5)
1.一种快速制备钛铝多孔材料的方法，其特征是，包括如下步骤：
S1 按成分40-60at%Ti粉和60-40at%Al粉配比，进行均匀混粉；Ti粉和Al粉的尺寸为40-150μm之间；
S2采用冷压成型的方法，压制成预制块，其压力为50-500MPa，所述预制块为圆柱块；
S3随后，采用高温自蔓延烧结工艺，把预制块放在感应线圈内加热，在烧结初期的2-4分钟内采用1-3kW 的功率加热，利用钛和铝之间放热的自加热和热传导作用，使预制块迅速升温，当温度达到接近667℃时，预制块迅速升温，在10-12秒的时间内温度由667℃迅速上升到1150-1200℃；当钛铝放热反应结束后，温度开始下降，当下降到1100-1120℃时，再继续升温，使温度达到1280-1320℃；烧结时采用氩气保护，氧含量≤20ppm；
S4反应完成后，预制块在氩气中冷却，从而获得钛铝多孔金属间化合物。
2.如权利要求1所述的一种快速制备钛铝多孔材料的方法，其特征是，所述圆柱块的尺寸为直径为40-42mm，高度为18-22mm。
3.如权利要求1所述的一种快速制备钛铝多孔材料的方法，其特征是，所述均匀混粉时，通过行星式球磨机完成。
4.如权利要求1所述的一种快速制备钛铝多孔材料的方法，其特征是，步骤S1中，按成分50at%Ti粉和50at%Al粉配比。
5.如权利要求1所述的一种快速制备钛铝多孔材料的方法，其特征是，步骤S3中，烧结初期时间为3分钟，加热功率为2kW ；在111秒的时间内温度由接近667℃迅速上升到1158℃；当钛铝放热反应结束后，温度开始下降，当下降到1110℃时，再继续升温，使温度达到1300℃；烧结时采用氩气保护，氧含量为20ppm。
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