[发明专利]一种TiB2/TiAl复合材料的微波热爆原位反应合成方法

说明书

本发明公开了一种TiB₂/TiAl复合材料的微波热爆原位反应合成方法。所述方法先制备待烧结试样，将压坯试样装入真空微波反应炉中，抽真空后微波加热至热爆反应发生，随后继续升温至烧结温度，保温反应结束后冷却取出，得到微纳颗粒TiB₂/TiAl块体。本发明采用微波作为热源，烧结预制的钛铝硼混合粉末压坯可得到不同增强体体积分数的微纳级TiB₂颗粒增强TiAl基复合材料，该方法节能省时，烧结周期仅为常规烧结的1/6，且工艺操作简单、安全可靠、环境友好。本发明与常规烧结法相比，样品致密度可提高10％‑20％，显微硬度最高可提高约80％，平均显微硬度的提高可达60％左右，压缩性能提升20‑30％，且形成的微纳增强颗粒均是通过热爆反应产生，表面干净无污染，与基体结合良好。

技术领域

本发明涉及一种TiB₂/TiAl复合材料的微波热爆原位反应合成方法，属于材料制备领域。

背景技术

微波热爆原位反应合成复合材料是指用微波代替传统热源来加热混合球磨并干燥好了的压制粉末压胚，使其达到热爆反应温度，依靠自身放热完成烧结的材料制备方法。该方法既具有传统粉末冶金制备复合材料的块体近净成形、简化生产工艺的优点，又利用了原位合成技术提高了增强体分布均匀性以及其与基体的结合强度、使得增强体与基体界面反应小，更体现了热爆反应高效烧结的特性及微波烧结清洁无污染、低能耗的优势，最为重要的是烧结材料的性能有了大幅度的提高。TiAl合金因其低密度，高比强度，高比刚度，优异的高温性能受到了广泛关注，以其为基体制备的复合材料性能更加优越，在航天航空、汽车、军事等领域成为新型高温材料的研究热点。TiB₂作为常用的陶瓷颗粒增强体有利于提高复合材料的硬度和导电性。

文献1通过轧制TiB₂/Al复合板材及纯Ti板并进行高温退火处理得到的TiB₂/TiAl复合材料，但是该方法工艺繁琐，耗时长，且对原料要求高(方堃，哈尔滨工业大学， 2013,07,01)。传统的粉末冶金制备方法，如自蔓延高温合成制备TiB₂/TiAl复合材料(李卓然，冯吉才，焊接学报，2003,12,30)，无法避免可能造成试样局部应力集中以及快速蔓延造成的试样内部形成不是所需的复杂相等固有缺陷。迄今尚未有通过微波热爆原位反应合成微纳TiB₂增强颗粒钛铝基复合材料的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TiB₂/TiAl复合材料的微波热爆原位反应合成方法，该方法操作简单、安全可靠、节能省时、环境友好，且微纳颗粒均为原位反应生成，表面无污染、界面干净，可显著提高增强体相的韧性和强度，从而为金属基复合材料提供新型增强体。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种TiB₂/TiAl复合材料的微波热爆原位反应合成方法，通过微波加热引发复合材料中钛粉、铝粉和硼粉的热爆反应，自生成TiB₂增强体和TiAl基体，同时完成整体材料的烧结，具体包括如下步骤：

第一步、以增强体TiB₂在整体复合材料中的体积分数为a％，按Ti、Al和B粉末的质量比为(242.8+0.668a):(136.8-1.368a):1.399a，将Ti、Al和B粉混合后球磨；

第二步、将球磨后的粉体干燥，挤压成坯样，将坯样置入微波真空炉，抽真空；

第三步、微波加热至坯样发生热爆反应，继续加热至1000～1200℃下煅烧，保温5～ 10min后，停炉冷却至100～200℃，得到TiB₂颗粒增强TiAl基复合材料。

第一步中，球粉质量比为5：1，球磨转速为250-300p.r.m，球磨时间为4～8h。