CN1323178C - Al2O3/TiAl复合材料合成方法 - Google Patents

Al2O3/TiAl复合材料合成方法 Download PDF

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Abstract

Al2O3/TiAl复合材料合成方法，首先将Ti，Al和TiO2制成混合物；在混合物中加入硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨使其机械合金化，形成主晶相为TiAlO的非晶细小颗粒；将合金化后的粉体干燥、制粉；将粉体装入石墨磨具中，在氩气或真空条件下热压烧结即可。本发明利用Ti粉、Al粉、TiO2粉以及少量分散剂经合金化后，原位反应生成Al2O3增强相来提高基体相TiAl。由于该材料成分可调性大，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。

Description

Al2O3/TiAl复合材料合成方法
技术领域
本发明涉及一种金属间化合物/陶瓷复合材料的制备方法，特别涉及一种机械合金化合成Al2O3/TiAl复合材料的方法。
背景技术
金属间化合物尤其是TiAl金属间化合物，具有优异的高温比性能(强度、韧性、环境抗力等)，成为高温结构材料的开发热点之一。但是，室温脆性、难于变形加工和850℃以上抗氧化性不足严重的阻碍了该合金的实际应用。陶瓷颗粒增强TiAl基复合材料是克服以上缺陷的有效途径。比较之下Al2O3不但更为廉价，而且其热膨胀系数与TiAl基体也最为接近。现有的制备方法有直接金属氧化法、反应溶渗法、气压溶渗法以及热等静压法等。考虑到金属间化合物基体相与陶瓷颗粒增强相之间的应力相容性，利用原位反应合成陶瓷颗粒增强金属间化合物复合材料能够制备陶瓷相与金属相成分在很大范围内可调的热力学相容性好的全新材料。但遗憾之处是这种方法也很难使原位生成的陶瓷相颗粒均匀的分布在金属相晶界上，而且部分气孔难以消除，给材料性能的进一步提高形成了很大的障碍。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能制备出增强相Al2O3晶粒细小、沿金属间化合物晶界分布均匀、致密的Al2O3/TiAl复合材料的合成方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：首先按质量百分比将0-64％的Ti，36-56％的Al和0-44％的TiO2制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.2-0.5％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，使其机械合金化，其中，行星式球磨机的转速为700-800转/分钟，料球质量比为1∶10，球磨20-24小时，形成主晶相为TiAlO的非晶细小粉体；将合金化非晶粉体在70-80℃下干燥4-5小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气或真空条件下以950-1200℃，10-35MPa的压力热压烧结1.5-2.5小时即可。
本发明利用Ti粉、Al粉、TiO2粉以及少量添加剂经合金化后，原位反应生成Al2O3增强相来提高基体相TiAl。由于该材料成分可调性大，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。
附图说明
图1为合金化得到的粉体及1200℃烧结试样的XRD分析结果，其中纵坐标代表强度，横坐标是衍射角度数。
图2为1200℃烧结试样的断面形貌图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：首先按质量百分比将64％的Ti和36％的Al制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.5％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，使其机械合金化，其中，行星式球磨机的转速为700转/分钟，料球质量比为1∶10，球磨20小时，形成主晶相为TiAlO的非晶细小粉体；将合金化后的非晶粉体在70℃下干燥5小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气条件下以1200℃，20MPa的压力热压烧结1.5小时即可。
实施例2：首先按质量百分比将56％的Al和44％的TiO2制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.2％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，使其机械合金化，其中，行星式球磨机的转速为800转/分钟，料球质量比为1∶10，球磨24小时，形成主晶相为TiAlO的非晶细小粉体；将合金化后的非晶粉体在78℃下干燥4.2小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气条件下以1000℃，10MPa的压力热压烧结2.5小时即可。
实施例3：首先按质量百分比将25％的Ti，40％的Al和35％的TiO2制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.4％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，使其机械合金化，其中，行星式球磨机的转速为780转/分钟，料球质量比为1∶10，球磨23小时，形成主晶相为TiAlO的非晶细小粉体；将合金化后的非晶粉体在72℃下干燥4小时；将干燥后粉体装入石墨磨具中，在氩气条件下以1150℃，35MPa的压力热压烧结1.8小时即可。
实施例4：首先按质量百分比将30％的Ti，50％的Al和20％的TiO2制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.3％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，使其机械合金化，其中，行星式球磨机的转速为750转/分钟，料球质量比为1∶10，球磨21小时，形成主晶相为TiAlO的非晶细小粉体；将合金化后的非晶粉体在75℃下干燥4.5小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在真空条件下以950℃，15MPa的压力热压烧结2.0小时即可。
实施例5：首先按质量百分比将47％的Ti，43％的Al和10％的TiO2制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.2％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，使其机械合金化，其中，行星式球磨机的转速为720转/分钟，料球质量比为1∶10，球磨22小时，形成主晶相为TiAlO的非晶细小粉体；将合金化后的非晶粉体在80℃下干燥4.8小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在真空条件下以1100℃，25MPa的压力热压烧结2.3小时即可。
实施例6：首先按质量百分比将55％的Ti，40％的Al和5％的TiO2制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.5％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，使其机械合金化，其中，行星式球磨机的转速为760转/分钟，料球质量比为1∶10，球磨20小时，形成主晶相为TiAlO的非晶细小粉体；将合金化后的非晶粉体在76℃下干燥4.6小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在真空条件下以1050℃，18MPa的压力热压烧结1.5小时即可。
参见图1，由图1可以看出粉体为非晶相，烧结后为TiAl主晶相及少量的Ti3Al相。
参见图2，由图2可以看出，该材料晶粒细小，结构致密，无气孔。

Claims (7)

1、Al2O3/TiAl复合材料合成方法，其特征在于：
1)首先按质量百分比将0-64％的Ti，36-56％的Al和0-44％的TiO2制成混合物；
2)在混合物中加入混合物质量0.2-0.5％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，使其机械合金化，其中，行星式球磨机的转速为700-800转/分钟，料球质量比为1∶10，球磨20-24小时，形成主晶相为TiAlO的非晶细小粉体；
3)将合金化非晶粉体在70-80℃下干燥4-5小时；
4)将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气或真空条件下以950-1200℃，10-35MPa的压力热压烧结1.5-2.5小时即可。
2、根据权利要求1所述的Al2O3/TiAl复合材料合成方法，其特征在于：首先按质量百分比将64％的Ti和36％的Al制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.5％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，使其机械合金化，其中，行星式球磨机的转速为700转/分钟，料球质量比为1∶10，球磨20小时，形成主晶相为TiAlO的非晶细小粉体；将合金化后的非晶粉体在70℃下干燥5小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气条件下以1200℃，20MPa的压力热压烧结1.5小时即可。
3、根据权利要求1所述的Al2O3/TiAl复合材料合成方法，其特征在于：首先按质量百分比将56％的Al和44％的TiO2制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.2％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，使其机械合金化，其中，行星式球磨机的转速为800转/分钟，料球质量比为1∶10，球磨24小时，形成主晶相为TiAlO的非晶细小粉体；将合金化后的非晶粉体在78℃下干燥4.2小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在氩气条件下以1000℃，10MPa的压力热压烧结2.5小时即可。
4、根据权利要求1所述的Al2O3/TiAl复合材料合成方法，其特征在于：首先按质量百分比将25％的Ti，40％的Al和35％的TiO2制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.4％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，使其机械合金化，其中，行星式球磨机的转速为780转/分钟，料球质量比为1∶10，球磨23小时，形成主晶相为TiAlO的非晶细小粉体；将合金化后的非晶粉体在72℃下干燥4小时；将干燥后粉体装入石墨磨具中，在氩气条件下以1150℃，35MPa的压力热压烧结1.8小时即可。
5、根据权利要求1所述的Al2O3/TiAl复合材料合成方法，其特征在于：首先按质量百分比将30％的Ti，50％的Al和20％的TiO2制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.3％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，使其机械合金化，其中，行星式球磨机的转速为750转/分钟，料球质量比为1∶10，球磨21小时，形成主晶相为TiAlO的非晶细小粉体；将合金化后的非晶粉体在75℃下干燥4.5小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在真空条件下以950℃，15MPa的压力热压烧结2.0小时即可。
6、根据权利要求1所述的Al2O3/TiAl复合材料合成方法，其特征在于：首先按质量百分比将47％的Ti，43％的Al和10％的TiO2制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.2％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，使其机械合金化，其中，行星式球磨机的转速为720转/分钟，料球质量比为1∶10，球磨22小时，形成主晶相为TiAlO的非晶细小粉体；将合金化后的非晶粉体在80℃下干燥4.8小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在真空条件下以1100℃，25MPa的压力热压烧结2.3小时即可。
7、根据权利要求1所述的Al2O3/TiAl复合材料合成方法，其特征在于：首先按质量百分比将55％的Ti，40％的Al和5％的TiO2制成混合物；在混合物中加入混合物质量0.5％的硬脂酸钠分散剂，采用干法球磨，使其机械合金化，其中，行星式球磨机的转速为760转/分钟，料球质量比为1∶10，球磨20小时，形成主晶相为TiAlO的非晶细小粉体；将合金化后的非晶粉体在76℃下干燥4.6小时；将干燥后的粉体装入石墨磨具中，在真空条件下以1050℃，18MPa的压力热压烧结1.5小时即可。
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