[发明专利]一种闭孔隙TiAl基多孔绝热材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属间化合物领域，尤其涉及一种多孔绝热TiAl合金材料的制备方法。

背景技术

防热问题是研制各种航天飞行器最大的技术难题之一。金属可重复使用的热防护系统（TPS）可以进一步减轻结构质量，提高坚固耐用性，减少维护维修成本，是当今研制航天飞行器大面积TPS的第一方案。而作为一种新兴的金属TPS用材料，γ-TiAl合金的最高使用温度可达980℃，但其密度还不到镍基高温合金的一半，也使得TiAl基多孔材料非常具有吸引力。

闭孔隙多孔绝热材料导热系数小，闭孔泡沫铝材料的导热率仅为其基体金属材料的1/10~1/80，热量在闭孔隙多孔绝热材料结构内部传播时，受到孔内气体介质的阻隔，较大的比表面积也加快了热量的散失，减弱热量传递效率，隔热性能优良。与开孔隙多孔绝热材料相比较，闭孔隙多孔材料强度更高，力学性能优良。TiAl基合金在反应烧结过程中由于元素偏扩散造成Kirkendall效应，能生成大量的孔隙，且难以完全被消除，这种由于化学反应生成孔隙的现象，十分有利于金属多孔材料的制备。经过预成形的坯料再经反应烧结用于具有特殊截面的TiAl基多孔型材的制备，成本低，产量高，工艺简单。CN101503767A将高纯Al板置于多孔Ti基体板坯之上，熔渗烧结后，制得TiAl金属间化合物多孔坯。CN1640529A采用Ti、Al元素粉末制备无机膜，利用Al元素偏扩散引起的Kirkendall效应可造成TiAl合金20~30%的开孔率。

国内外TiAl基合金的研究主要集中在结构材料方面，而对于TiAl基多孔功能材料的研究在国内外也已经有了部分报道，但主要集中在新型过滤材料和固体电解电容器阳极材料两方面的应用上。对于TiAl基多孔绝热材料的研究鲜有报道。由于TiAl基多孔体型材的成型和内部孔隙结构的控制十分困难，孔隙微观结构对隔热性能的研究也很少见，因此具有良好闭孔隙结构TiAl基多孔型材的制备以及对其孔隙特性的研究将填补这一领域的空白。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好孔隙率、压缩强度和热导率的闭孔隙TiAl基多孔绝热材料的制备方法。

本发明的闭孔隙TiAl基多孔绝热材料的制备方法步骤如下：①将纯度为99.5%、50μm的Ti粉和纯度为99.9%、30~600μm的雾化球形Al粉，按Ti:Al摩尔比为3:1~1:2混合；②将上述混合粉在压力为800MPa下冷压制坯；③将冷压坯在真空度5×10^-3Pa、温度620℃下烧结4h，得到所述闭孔隙TiAl基多孔绝热材料。

与现有技术相比，本发明制备的TiAl闭孔隙多孔绝热材料孔隙度可达60%，压缩强度可达275MPa，材料强度高；最小热导率为3.3W/(m·K)，材料导热系数小，隔热性能优良。本发明制备工艺简单、成本低，有利于规模化生产。

附图说明

1）图1为实施例一的多孔绝热材料金相显微组织照片。

2）图2为实施例二的多孔绝热材料金相显微组织照片。

3）图3为实施例三的多孔绝热材料金相显微组织照片。

4）图4为实施例四的多孔绝热材料金相显微组织照片。

具体实施方式

实施例一

将纯度为99.5%、50μm的Ti粉和纯度为99.9%、30μm的雾化球形Al粉，按摩尔比3:1混合。混合后的Ti/Al复合粉经800MPa冷压制坯，坯料缓慢升温到620℃烧结，保温4h，然后冷却，整个烧结过程中真空度5×10^-3Pa。制得多孔绝热材料的压缩强度为175MPa，孔隙率为58%，热导率为4.02W/(m·K)。图1的金相显微组织照片可见，孔隙基本全是互不连通的闭孔隙，且孔隙的形状比较规则，孔径分布均匀，孔径细小。

实施例二

将纯度为99.5%、50μm的Ti粉和纯度为99.9%、124μm的雾化球形Al粉，按摩尔比2:1混合。混合后的Ti/Al复合粉经800MPa冷压制坯，坯料缓慢升温到620℃烧结，保温4h，然后冷却，整个烧结过程中真空度5×10^-3Pa。制得多孔绝热材料的压缩强度为275MPa，孔隙率为60%，热导率为3.3W/(m·K)。图2的金相显微组织照片可见，有少量的孔隙连接在一起，形成了更大的不规则的连通孔隙。

实施例三