[发明专利]一种铺粉-热压烧结制备层状钛基复合材料的方法

说明书

一种铺粉‑热压烧结制备层状钛基复合材料的方法。本发明涉及一种铺粉‑热压烧结制备层状钛基复合材料的方法。本发明目的是为了解决层状钛基复合材料界面结合强度低、层厚以及各层成分不易控制、材料制备过程复杂的问题。方法：以混粉‑铺粉‑热压烧结的方式，将钛合金粉末与增强体均匀混合后手动铺粉，省去制备块体材料的过程，不需要预先制备各层材料而是通过直接热压烧结制备钛基层状复合材料。通过调节增强体含量以及铺粉参数，实现成分可控、层厚可调的层状材料制备。本发明用于制备层状钛基复合材料。

技术领域

本发明涉及一种铺粉-热压烧结制备层状钛基复合材料的方法。

背景技术

钛基复合材料具有很高的比强度和比刚度，高温性能较好，是未来高温结构材料的发展方向。增强相的加入可以在一定程度上提高钛基复合材料的强度，但却降低了材料的塑韧性。而钛合金的韧性和塑性则较为优异，强度和高温性能却逊于钛基复合材料。可见，均质材料很难同时满足强度高、塑性好这一矛盾的要求，而层状结构材料可同时引入高强度钛基复合材料层与塑韧性好的钛合金层交叠而成，因此可以在保留较高强度的同时，通过塑性层的引入发挥塑性变形来吸收材料裂纹的能量，从而延缓材料的断裂，提高材料的塑韧性以及抗冲击性。

目前大部分钛基层状材料的制备所采用的方法都是在已有各层材料的基础上再堆叠层片通过热轧或扩散焊等方式使层片结合在一起(ZL201210138430.0、ZL201310498988.4)。各层材料的薄片或通过制备块体材料后线切割而成，或通过直接购买各层材料的金属箔片的手段来实现。然而制备块体材料切成薄片的方式成本高、操作复杂、界面结合强度低，直接购买箔片又无法在很大程度上调整各层厚度和成分，这限制了层状材料的可设计性与可调控性，并使材料制备过程繁琐。而通过层片结合制备的层状钛基复合材料界面结合强度普遍较低，导致材料整体塑性偏低。

发明内容

本发明是为了解决层状钛基复合材料界面结合强度低、层厚以及各层成分不易控制、材料制备过程复杂的问题，而提供一种铺粉-热压烧结制备层状钛基复合材料的方法。

本发明一种铺粉-热压烧结制备层状钛基复合材料的方法按以下步骤进行：

一、铺粉：在模具上方设置一个筛子，将塑性层粉末通过筛子倒入模具中，采用钢压头将该塑性层粉末压平压实，再将高强度层粉末通过筛子倒入模具中，再采用钢压头将该高强度层粉末压平压实，按照所需层数重复上述操作，得到复合材料粉末体；

所述塑性层粉末是纯钛粉、钛合金或含有低含量增强体的钛基复合材料；所述含有低含量增强体的钛基复合材料中增强体的含量≤3vol.％；

所述高强度层粉末是以含有高含量增强体的钛基复合材料和陶瓷粉末为原料，在球料比为5:1和转速为200r/min的条件下球磨混合得到的；所述高强度层粉末中增强体的含量为5vol.％以上；所述陶瓷为TiB₂粉、LaB₆粉、B₄C粉或SiC粉；含有高含量增强体的钛基复合材料中增强体为反应生成的TiB晶须或TiC颗粒；

所述筛子的孔径尺寸等于塑性层粉末以及高强度层粉末的最大粒径；

所述塑性层粉末的质量是通过模具直径、所选塑性层压平压实后的理论密度和所需的单层塑性层的厚度计算得到的；

所述高强度层粉末的质量是通过模具直径、所选高强度层压平压实后的理论密度和所需的单层高强度层的厚度计算得到的；

所述钢压头的直径与模具的直径相同；