[发明专利]微纳双尺度碳化钛颗粒增强钛基复合材料及其制备方法

说明书

一种微纳双尺度碳化钛颗粒增强钛基复合材料及其制备方法。制备方法包括：将氧化石墨烯水体分散液、钛粉以及水合肼混合后依次进行冷冻、干燥升华以及烧结。其中，氧化石墨烯水体分散液的质量浓度为8.5‑15mg/mL。每50mL氧化石墨烯水体分散液对应混合21‑172g钛粉。该方法容易操作，工艺简单，成本低，周期短，易于工业化生产，应用前景广阔。制备得到的复合材料组织容易控制且稳定性好。碳化钛增强相在钛基体中分散均匀性良好，具有微米和纳米双重尺度，界面结合较好，无明显缺陷。

技术领域

本发明涉及金属材料粉末冶金领域，且特别涉及一种微纳双尺度碳化钛颗粒增强钛基复合材料及其制备方法。

背景技术

颗粒增强钛基复合材料具有高比模量、高比强度以及良好的耐高温、耐磨损等性能，其在汽车、航空航天、体育器件中有着广泛的应用及前景。碳化钛增强材料具有多种优异的性能特点，如：较高的熔点和密度，化学性质稳定，高强度，耐磨和耐腐烛等性能。目前，碳化钛颗粒以其稳定的复合结构、良好的增强效果，已成为颗粒增强钛基复合材料的优选增强剂之一。然而，增强颗粒作为影响复合材料性能的重要因素，其晶粒尺度大小扮演着重要作用。在已知的碳化钛颗粒增强钛基复合材料现有制备技术中，自生碳化钛增强颗粒为单一微米级或单一纳米级，微纳双尺度碳化钛颗粒增强钛基复合材料未有任何报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微纳双尺度碳化钛颗粒增强钛基复合材料的制备方法，其容易操作，工艺简单，成本低，周期短，易于工业化生产，应用前景广阔。

本发明的另一目的在于提供一种微纳双尺度碳化钛颗粒增强钛基复合材料，碳化钛增强体在复合材料内分散均匀性良好，具有微米和纳米双重尺度，且界面结合较好；得到的复合材料硬度和抗压能力良好，材料组织容易控制，稳定性良好。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明提出一种微纳双尺度碳化钛颗粒增强钛基复合材料的制备方法包括：将氧化石墨烯水体分散液、钛粉以及水合肼混合后依次进行冷冻、干燥升华以及烧结。其中，氧化石墨烯水体分散液的质量浓度为8.5-15mg/mL。每50mL氧化石墨烯水体分散液对应混合21-172g钛粉。

本发明提出一种微纳双尺度碳化钛颗粒增强钛基复合材料，其通过上述制备方法制备得到。

本发明微纳双尺度碳化钛颗粒增强钛基复合材料的制备方法的有益效果是：通过控制氧化石墨烯水体分散液的质量浓度以及钛粉和氧化石墨烯水体分散液的使用比例能够有效地在后续烧结中生成复合材料。同时采用冷冻干燥升华去除水和水合肼，防止了石墨烯的团聚，保证了溶液的分散度，便于钛粉和石墨烯均匀的分散，为后续高效率的制备高纯度的复合材料提供必要的基础。该制备方法整体操作简单，工艺简单，成本低，操作周期短，易于工业化生产。制备得到的复合材料中的碳化钛颗粒增强体在基体中的分散均匀性好，具有微米和纳米双重尺度，界面结合较好，无明显缺陷。该复合材料硬度和抗压性能优异，且材料组织容易控制，稳定性好，并可根据实际需要调配增强体含量，应用前景广阔。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例1制备得到的微纳双尺度碳化钛颗粒增强钛基复合材料的微观组织图；

图2为本发明实施例2制备得到的微纳双尺度碳化钛颗粒增强钛基复合材料的微观组织图；

图3为本发明实施例7制备得到的微纳双尺度碳化钛颗粒增强钛基复合材料的微观组织图。

具体实施方式