專利名稱：一種高鈮TiAl金屬間化合物復合材料的制備方法
技術領域：
本發明屬于材料科學領域，具體涉及一種高鈮TiAl金屬間化合物復 合材料的制備方法。
背景技術：
TiAl金屬間化合物具有優異的高溫比性能(強度、韌性、環境抗力等)， 兼具陶瓷材料和金屬材料的優點于一身，有望在高溫條件下部分替代現有 金屬及陶瓷材料，以提高產品性能及實現輕量化，因而成為高溫結構材料 的開發熱點之一。但是，T.iAl本身由于室溫脆性較大、難于變形加工和 85(TC以上抗氧化性不足嚴重的阻礙了該合金的實際應用。高鈮TiAl合金 及納米陶瓷顆粒強韌化TiAl基復合材料是克服以上缺陷的有效途徑。
AL03/TiAl復合材料不但具有制造成本低廉，而且八1203熱膨脹系數與 TiAl基體也最為接近。現有的制備方法有直接金屬氧化法、反應溶滲法、 氣壓溶滲法以及熱等靜壓法等。但該類技術難使彌散相均勻分布于基體材 料之中，從而大幅降低了材料的性能。
考慮到金屬間化合物基體相與陶瓷顆粒增強相之間的應力相容性，利 用原位反應合成陶瓷顆粒增強金屬間化合物復合材料能夠制備陶瓷相與 金屬相成分在很大范圍內可調的熱力學相容性好節全新材料。但遺憾之處 是這種方法也很難使原位生成的陶瓷相顆粒尺寸納米化及均勻化，而且部 分氣孔難以消除，給材料性能的進一步提高形成了很大的障礙。 '
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種能制備出具有均勻
細小的A1A彌散相的TiAl復合材料的高鈮TiAl金屬間化合物復合材料的 制備方法。
為達到上述目的，本發明采用的技術方案是將0-62. 05%的Ti粉、 36-. 39-48. 72%的Al粉和0-51. 64%的吣205粉制成混合物，然后加入混合物 質量0. 2-0. 5%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質量比為1: 10，在氬氣 保護下球磨20小時得到高能球磨復合粉體；將得到高能球磨復合粉體在 7(TC下真空干燥4-8小時，再將干燥后的粉體裝入石墨磨具中在氬氣或真 空條件下，以950-IIO(TC、壓力為5-15MPa熱壓燒結，所得材料自然冷卻 至室褪即可。
本發明利用Ti粉、Al粉、恥205粉以及少量硬脂酸鈉經高肯巨球磨及熱 壓燒結工藝，制備了 AL03彌散相強韌化基體相TiAl的細晶復合材料。由 于該材料成分可調性大，燒成溫度低，結構均勻致密，成本較低，力學性 能優異，拓寬了該復合材料的應用范圍。另外，該方法降低了燒成溫度及 熱壓壓力，在快速燒成中實現了晶粒微晶化。
,1為高能球磨得到的粉體及IIOO'C燒結試樣的XRD分析結果，其是 橫坐標為衍射角，縱坐標為衍射峰強度； ' 圖2為IIO(TC燒結試樣的斷面形貌圖。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。 實施例1，將44. 40%的Ti粉、39. 08%的Al粉和16. 52%的歸5粉制 成混合物，然后加入混合物質量0.3%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質
比為1: 10，在氬氣保護下球磨20小時得到高能球磨復合粉體，球磨后
的混合粉體XRD測試結果為圖1所示，由圖l可看出粉體為非晶相，燒結 后為TiAl主晶相及少量的NbAL及Al203相的復合材料，將得到高能球磨 復合粉體在7(TC下真空干燥5小時，再將干燥后的粉體裝入石墨磨具中在 氬氣或真空條件下，以110(TC、壓力為10MPa熱壓燒結，所得材料自然冷 卻至室溫制得TiAl/A1203復合材料，抗彎強度達到486MPa，斷裂韌性為 6. 07MPa m1/2，其物相及斷面顯微分析圖2所示，由圖2可以看出，該材 料晶粒細小，結構致密，無氣孔。
實施例2:將62. 05%的Ti粉和37. 95%的Al粉制成混合物，然后加入 混合物質量0.2%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質量比為1: 10，在氬 氣保護下球磨20小時得到高能球磨復合粉體非晶細小顆粒；將得到高能 球磨復合粉體在7(TC下真空干燥8小時，再將千燥后的粉體裝入石墨磨具 中在氧氣或真空條件下，以95(TC、壓力為8MPa熱壓燒結，所得材料自然 冷卻至室溫即可。 '
實施例3:將11.97。/。的Ti粉、36. 39%的Al粉和51. 64%的恥205粉制 成混合物，然后加入混合物質量0.5%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質量 比為1: 10，在氬氣保護下球磨20小時得到高能球磨復合粉體非晶細小 顆粒；將得到高能球磨復合粉體在7(TC下真空干燥6小時，再將干燥后的 粉體裝入石墨磨具中在氬氣或真空條件下，以100(TC、壓力為12MPa熱壓 燒結，.所得材料自然冷卻至室溫即可。
實施例4:將48.72%的八1粉和51.28%的吣205粉制成混合物，然后加 入，混合物質量0.4%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質量比為1: 10，在
氬氣保護下球磨20小時得到高能球磨復合粉體非晶細小顆粒；將得到高
能球磨復合粉體在7CTC下真空干燥4小時，再將干燥后的粉體裝入石墨磨
具中在氬氣或真空條件下，以105(TC、壓力為5MPa熱壓燒結，所得材料 自然冷卻至室溫即可。 '
實施例5:將259&的Ti粉、429&的Al粉和33。/。的Nb205粉制成混合物， 然后加入混合物質量0. 5%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質量比為1: 10，在氬氣保護下球磨20.小時得到高能球磨復合粉體非晶細小顆粒；將 得到高能球磨復合粉體在7(TC下真空干燥7小時，再將干燥后的粉體裝入 石墨磨具中在氬氣或真空條件下，以102(TC、壓力為15MPa熱壓燒結，所 得材料自然冷卻至室溫即可。
按本發明的制備方法合成的TiAl/A:U03復合材料，由'基體相和增強相 兩部分組成，基體相由大多數的TiAl相和少量的NbAl3相組成；增強相為 A1203。材料的組成成分比(重量％)為增強相0-33%，基體相100-67°/。。
權利要求
1、一種高鈮TiAl金屬間化合物復合材料的制備方法，其特征在于1)將0-62.05％的Ti粉、36.39-48.72％的Al粉和口0-51.64％的Nb2O5粉制成混合物，然后加入混合物質量0.2-0.5％的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質量比為1∶10，在氬氣保護下球磨20小時得到高能球磨復合粉體非晶細小顆粒；2)將得到高能球磨復合粉體在70℃下真空干燥4-8小時，再將干燥后的粉體裝入石墨磨具中在氬氣或真空條件下，以950-1100℃、壓力為5-15MPa熱壓燒結，所得材料自然冷卻至室溫即可。
2、 根據權利要求1所述的高鈮TiAl金屬間化合物復合材料的制備方 法，其特征在于將44. 4。％的Ti粉、39.08%的八1粉和16.52%的恥205粉 制成混合物，然后加入混合物質量0.3%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質 量比為1: 10，在氬氣保護下球磨20小時得到高能球磨復合粉體，將得 到高能球磨復合粉^:在70。C下真空干燥5小時，再將干燥.后的粉體裝入石 墨磨具中在氬氣或真空條件下，以110(TC、壓力為10MPa熱壓燒結，所得 材料自然冷卻至室溫即可。
3、 根據權利要求1所述的高鈮TiAl金屬間化合物復合材料的制備方 法，其特征在于將62. 0^%的Ti粉和37. 95%的Al粉制成混合物，然后 加入混合物質量0.2%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質量比為1: 10，在氬氣保護下球磨20小時得到高能球磨復合粉體非晶細小顆粒；將得到高能球磨復合粉體在7(TC下真空干燥8小時，再將干燥后，的粉體裝入石墨 磨具中在氬氣或真空條件下，以950。C、壓力為8MPa熱壓燒結，所得材料自然冷卻至室溫即可。
4、 根據權利要求1所述的高鈮TiAl金屬間化合物復合材料的制備方 法，其特征在于將11.97。/。的Ti粉、36. 39呢的A'1粉和51. 64%的恥205粉 制成混合物，然后加入混合物質量0.5%的硬脂酸鈉采用千纟去球磨，料球質 量比為1: 10，在氬氣保護下球磨20小時得到高能球磨復合粉體非晶細 小顆粒；將得到高能球磨復合粉體在7(TC下真空干燥6小時，再將干燥后 的粉體裝入石墨磨具中在氬氣或真空條件下，以IOO(TC、壓力為12MPa 熱壓燒結，所得材料自然冷卻至室溫即可。
5、 根據權利要求1所述的高鈮TiAl金屬間化合物復合材料的制備方 法，其特征在于將48.72%的八1粉和51.28%的他205粉制成混合物，然后 加入混合物質量0.4%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質量比為1: 10，在氬氣保護下球磨20小時得到高能球磨復合粉體非晶細小顆粒；將得到高能球磨復合粉體在7(TC下真空干燥4小時,再將干燥后的粉體裝入石墨 磨具中在氬氣或真空條件下，以1050。C、壓力為5MPa熱壓燒結，所得材 料自然冷卻至室溫即可。
6、 根據權利要求1所述的高鈮TiAl金屬間化合物復合材料的制備方 法，其特征在于將25%的Ti粉、42%的Al粉和33%的恥205粉制成混合物， 然后加入混合物質量0. 5%的硬脂酸鈉采用干法球磨，料球質量比為1:10，在氬氣保護下球磨20小時得到高能球磨復合粉體非晶細小顆粒；將得到高能球磨復合粉體在7(TC下真空干燥7小時，再將干燥后的粉體裝入 石墨磨具中在氬氣或真空條件下，以1020'C、壓力為15MPa熱壓燒結，所 得材料自然冷卻至室溫即可。
全文摘要
一種高鈮TiAl金屬間化合物復合材料的制備方法，將Ti粉、Al粉和Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>粉制成混合物，然后加入硬脂酸鈉采用干法球磨得到高能球磨復合粉體；將得到高能球磨復合粉體真空干燥，再將干燥后的粉體裝入石墨磨具中在氬氣或真空條件下，熱壓燒結，所得材料自然冷卻至室溫即可。本發明利用Ti粉、Al粉、Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>粉以及少量硬脂酸鈉經高能球磨及熱壓燒結工藝，制備了Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>彌散相強韌化基體相TiAl的細晶復合材料。由于該材料成分可調性大，燒成溫度低，結構均勻致密，成本較低，力學性能優異，拓寬了該復合材料的應用范圍。另外，該方法降低了燒成溫度及熱壓壓力，在快速燒成中實現了晶粒微晶化。
文檔編號B22F3/14GK101100710SQ20071001838
公開日2008年1月9日 申請日期2007年7月31日 優先權日2007年7月31日
發明者朱建鋒, 楊海波, 營 林, 芬 王, 羅宏杰 申請人:陜西科技大學