[发明专利]一种原位自生钛铝碳强韧化TiAl3金属间化合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料科学与工程领域，具体涉及一种原位自生钛铝碳强韧化TiAl₃金属间化合物及其制备方法。 

背景技术

Ti-Al系金属间化合物因其优异的高温力学性能与较低的密度在航空航天等方面受到高度重视。对于Ti-Al系合金，以具有DO₂₂结构的TiAl₃密度最低，约为3.36g/cm³，因而有高的比模量和比强度；此外它的熔点也高达1413K。但是，由于低对称性的DO₂₂结构不能提供足够的滑移系，使得TiAl₃具有严重的室温脆性导致其难以应用。有关提高其室温塑性的研究已取得明显效果，文献（张永刚，韩雅芳，陈国良，郭建亭，万晓景，冯涤，金属间化合物结构材料，北京：国防工业出版社，2001）表明，通过添加Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、V及Zn等第3元素可以大大改善其室温脆性。 

除合金化技术外，复合化技术被认为是改善TiAl₃金属间化合物室温脆性的另一种有效方式。目前，三元柔性化合物M_n+1AX_n（M代表过渡金属元素，A代表第Ⅲ或第Ⅳ主族，X是C或N，简称MAX）因兼具金属和陶瓷的双重优异性能，受到了广泛关注。典型代表物有Ti₂AlC和Ti₃AlC₂，而且Ti₂AlC（8.8×10^-6K^-1）和Ti₃AlC₂（9.0×10^-6K^-1）与TiAl₃（12×10^-6K^-1）的热膨胀系数接近，是TiAl₃金属间化合物最为理想的增强相。 

目前，鲜见关于原位自生钛铝碳强韧化TiAl₃金属间化合物的研究报道。中国科学院上海硅酸盐研究所的江莞等人（Lu Shi,Jianfeng Zhang,Lianjun Wang, Wan Jiang,Lidong Chen.Fabrication,Microstructure and Mechanical Properties of TiC/Ti₂AlC/TiAl₃in situ Composite.J.Mater.Sci.Technol.2011,27(3):239-244）以Ti、Al₄C₃和石墨粉为原料，采用原位放电等离子反应烧结技术制备了TiC/Ti₂AlC/TiAl₃复合材料。上述方法使用了吸湿性强的Al₄C₃为原料，并采用放电等离子烧结系统，设备要求高，生产成本高，工艺影响因素多，而且容易产生TiC杂质相。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位自生钛铝碳强韧化TiAl₃金属间化合物及其制备方法，该方法制备工艺简单，制得的钛铝碳强韧化TiAl₃金属间化合物具有较高的弯曲强度和断裂韧性。 

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是： 

一种原位自生钛铝碳强韧化TiAl₃金属间化合物的制备方法，包括以下步骤： 

步骤一、按质量分数计，将46.98%～50.95%的Ti粉、27.56%～29.53%的Al粉、18.04%～23.98%的TiC粉和1.48%～2.50%的多壁碳纳米管装入球磨罐内，球磨至物料混合均匀，得到混合粉体； 

步骤二、将混合粉体烘干后装入模具中，冷压成型，然后放入真空热压炉内进行真空热压烧结固化，以5～10℃/分钟的升温速率从室温升温至1300～1400℃的烧结温度，在烧结温度下保温1～2小时后随炉自然冷却，得到原位自生钛铝碳强韧化TiAl₃金属间化合物。 

所述的步骤一中多壁碳纳米管的纯度为95%以上，直径为1～10nm，长度为1～15μm。 

所述的步骤一中采用湿法球磨，以无水乙醇或丙酮为球磨介质，球料比为 (5～7):1，在500～750转/分钟的转速下球磨1～2小时，使物料混合均匀，得到混合粉体。