[发明专利]一种钛铝-陶瓷层状材料及其制备方法

权利要求书

1.一种钛铝-陶瓷层状材料，其特征在于钛铝-陶瓷层状材料是利用原位自生技术由纯Ti箔和Al基复合材料箔交替叠层、热压及反应退火制成；所述钛铝-陶瓷层状材料中TiAl层和陶瓷层相间分布，叠层间距为5μm～100μm，陶瓷层包括Ti₂AlC相和Ti₃AlC相，TiAl层中为片层γ-TiAl/α₂-Ti₃Al，片层间距为100nm～500nm；所述的Al基复合材料箔由增强体和纯Al粉经混粉、热压烧结及轧制制成。

2.根据权利要求1所述的一种钛铝-陶瓷层状材料，其特征在于所述纯Ti箔的单层厚度为50μm～200μm，所述纯Ti箔与Al基复合材料箔的单层厚度比为(1.04～1.14):1。

3.根据权利要求1所述的一种钛铝-陶瓷层状材料，其特征在于所述Al基复合材料箔中纯Al粉的体积分数为85%～99.9%，所述Al基复合材料箔中增强体的体积分数为0.1%～15%。

4.根据权利要求1所述的一种钛铝-陶瓷层状材料，其特征在于所述纯Al粉的粒径为10～100μm，增强体粒径为40nm～10μm。

5.根据权利要求1所述的一种钛铝-陶瓷层状材料，其特征在于所述增强体为SiC、B₄C、TiB₂、Al₂O₃、TiC和Ti₅Si₃中的一种或几种的混合物。

6.如权利要求1所述的一种钛铝-陶瓷层状材料的制备方法，其特征在于钛铝-陶瓷层状材料的制备方法是按以下步骤进行：

一、将增强体与纯Al粉进行球磨混粉，混粉时间为6h～20h，球料比为(10～20):1，球磨机转速为150r/min～250r/min，得到混合均匀的粉体，然后将装有混合均匀的粉体的石墨模具在真空热压炉中进行烧结，烧结温度为500℃～620℃，保温时间为1h～2h，压力为20MPa～30MPa，得到Al基复合材料；其中所述的Al基复合材料中纯Al粉的体积分数为85%～99.9%，所述的Al基复合材料中增强体的体积分数为0.1%～15%；

二、将步骤一得到的Al基复合材料进行热挤压和轧制，控制热挤压温度为400℃～500℃，挤压比为(10～20):1，控制轧制温度为20℃～500℃，轧制10次～50次，每次压下量为5%～30%，轧制后的Al基复合材料厚度为100μm～500μm；

三、对步骤二轧制后的Al基复合材料进行打磨，得到Al基复合材料箔，然后采用质量浓度为5%～30%的NaOH溶液清洗Al基复合材料箔，采用体积浓度为5%～30%的HF溶液清洗纯Ti箔，再将清洗后的Al基复合材料箔和清洗后的纯Ti箔置于丙酮中，在频率为20KHz～30KHz的条件下超声清洗3min～10min，然后于20℃～70℃下干燥1min～5min，得到处理后的Al基复合材料箔和处理后的纯Ti箔；

四、将步骤三得到的处理后的Al基复合材料箔和处理后的纯Ti箔交替叠层，最外层均为处理后的纯Ti箔，然后在钛合金模具中进行热压，控制热压温度为400℃～550℃，保温时间为1h～2h，压力为20MPa～30MPa，得到Ti-Al基复合材料的层状板材；其中所述步骤三得到的处理后的纯Ti箔单层厚度为50μm～200μm，所述步骤三得到的处理后的纯Ti箔与处理后的Al基复合材料箔的单层厚度比为(1.04～1.14):1；

五、将步骤四得到的Ti-Al基复合材料的层状板材放入真空热压炉进行低温热处理，在温度为650℃～670℃保温4h～6h后，降温至400℃～500℃加压20MPa～30MPa并保温0.5h～3h，再升温至700℃～800℃保温2h～3h，最后降温至400℃～500℃加压20MPa～30MPa并保温0.5h～3h，得到Ti-TiAl₃层状材料；

六、将步骤五得到的Ti-TiAl₃层状材料放入真空热压炉进行致密化热处理，控制致密化温度为1000℃～1300℃，保温时间为0.5h～2h，压力为20MPa～100MPa，得到致密化后的层状材料；

七、将步骤六得到的致密化后的层状材料置于1100℃～1300℃环境中保温为3h～10h，即得到TiAl-(Ti₂AlC+Ti₃AlC)钛铝-陶瓷层状材料。