[发明专利]一种(Ti,Zr)2AlC/Al2O3固溶体复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属复合材料制造领域，特别涉及一种(Ti，Zr)₂AlC/Al₂O₃.固溶体复合材料及其制备方法。

背景技术

新型层状陶瓷材料Ti₂AlC以其优异性能吸引了国内外众多学者的探索与研究。它既具有金属的性能，如在常温下具有很好的导电导热性、较低的维氏硬度、较高的弹性模量和剪切模量、室温下可进行传统的机械加工，在较高温度下具有塑性；该材料又具有陶瓷的性能，如高熔点、高热稳定性和良好的抗氧化性能。但该材料也存在烧结温度高，温度范围小，以及硬度低、强度比较小等缺点而限制了其进一步应用。

近年来，为改善Ti₂AlC材料的性能，人们利用固溶强韧化和复合化的手段对其进行了改性研究，取得了较好的效果。如文献报道(Scripta Materialia 53(2005)1369-1372)利用单质V元素进行固溶改性研究，使其力学性能得到了很大的提高，同样方法可以利用Zr元素进行固熔改性研究，但该方法原料成本较高，同时合成温度较高，不利于其产业化生产；也有文献(Scripta Materialia 50(2004)897-901)报道利用Al₂O₃颗粒能对与Ti₂AlC具有相似结构的Ti₃AlC₂材料性能进行改性。但目前所采用的方法都比较单一，同时，在制备方法上主要以Al₂O₃和Ti₂AlC两种粉体混合进行烧结，或者以Al、C、TiO₂为原料高温通过还原反应生成Ti₂AlC/Al₂O₃复合材料，但不管那种工艺，都存在反应温度高，而强度不足，无法大规模产业化生产。专利(200910219290.8)报道了利用高能球磨合成Ti₂AlC/Al₂O₃复合材料的新方法，该方法所合成的材料在性能上有了很大的提高，但高能球磨难以工业化生产，同时，并没有对基体相进行固溶改性。因此，如何采取有效的途径，利用低廉的材料合成Al₂O₃颗粒强韧化的固溶型Ti₂AlC复合材料是今后的研究重点。

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，Zr)₂AlC/Al₂O₃固溶体复合材料及其制备方法，利用Ti-Al-C-ZrO₂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Ti₂AlC固溶体复合材料；该方法利用廉价氧化物ZrO₂替代了昂贵的金属单质，降低了原料成本；利用铝热还原反应自身的反应热，降低了材料的合成温度，同时原位生成的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、可加工的性能特点。

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，Zr)₂AlC/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ZrO₂按以下反应式进行配比：

2(1-x)Ti+(1+8x/3)Al+C+2xZrO₂→(Ti_1-xZr_x)₂AlC+4x/3Al₂O₃   (1)(x＝0.005～0.2241)，结果为Ti：39.38～70.08wt％，Al：20.11～22.85wt％，C：6.37～8.84wt％，ZrO₂：0.97～31.41wt％。