[发明专利]一种致密Ti2AlC材料的制备方法

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，为了解决目前Ti2AlC材料制备工艺采用的设备昂贵，成本较高，工艺复杂，难以工业化推广，且产物中易出现杂质相，导致性能差，从而制约材料应用的问题，提供了一种致密Ti2AlC材料的制备方法。以Ti粉、Al粉和碳纳米管为原料，采用近等温包套锻造法一次性制备致密Ti2AlC材料。简化了粉末混合工艺。直接在普通液压机上进行，有利于工业化生产，工艺简单，成本较低。由于采用的高温大变形方式，本发明制备的Ti2AlC材料致密度高，晶粒细小。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种致密Ti2AlC材料的制备方法。

背景技术

新型三元层状陶瓷材料Ti2AlC以其优异性能成为近年来国内外众多材料学者研究的热点。它既具有金属的性能，有很好的导热和导电性能，有较低的Vikers硬度，像金属一样可进行机械加工，同时又具有陶瓷的性能，高熔点、高热稳定性和良好的抗氧化性能，同时还具有自润滑、抗热震等奇特性能，作为一种金属间化合物材料，其又兼具金属材料和陶瓷材料的性能，具有可加工性、优异的高温抗氧化性能，这些优异性能使其具有广阔的应用前景，尤其在高温结构材料部件，高铁受电弓滑板、新型摩擦片复合材料领域具有广阔的应用前景。

迄今为止，Ti2AlC材料主要通过固相反应，采用粉末冶金的方法制备。由于Ti和Al的偏扩散，易形成大量空隙，很难制备致密度较高的合金。当前，其制备方法主要采用热压烧结，等离子烧结以及自蔓延烧结和化学气相沉积法等工艺，这些方法设备昂贵，成本较高，工艺复杂，难以进行工业化推广，制约了Ti2AlC材料的应用，同时产物中经常伴随大量杂质相TiC和Ti-Al金属间化合物，使其最终性能得不到很好的提高。

发明内容

本发明为了解决目前Ti2AlC材料制备工艺采用的设备昂贵，成本较高，工艺复杂，难以工业化推广，且产物中易出现杂质相，导致性能差，从而制约材料应用的问题，提供了一种致密Ti2AlC材料的制备方法。

本发明由如下技术方案实现的：一种致密Ti2AlC材料的制备方法，以Ti粉、Al粉和碳纳米管为原料，采用近等温包套锻造法一次性制备致密Ti2AlC材料。

所述Ti粉、Al粉和碳纳米管的原子比为：（2-4）:（1-2）:1；所述Ti粉粒径为100-200μm、Al粉粒径为20-50μm，碳纳米管的粒径为100-200μm。

具体制备方法为：

（1）混料：将Ti粉、Al粉和碳纳米管按比例在混料机中混料，混料时间为2-6h，转速为100-400r/min；

（2）制备预制块坯体：混合均匀的粉体放入模具中，然后在压力机上压制，压力控制为100MPa-200MPa，保压10-20min，然后自动降压，制备成预制块坯体；

（3）近等温约束变形：预制块坯体放入306不锈钢套管内，将306不锈钢套管缝隙全部采用氩弧焊焊接，形成内置预制块坯体的密闭腔体，然后将其放入压力机上进行近等温约束变形，1300℃-1400℃保温2-4小时，应变速率为1-5×10^-3s^-1，变形量为80%-90%，锻造结束后1300℃-1400℃随炉冷却；

（4）解除约束：冷却后的锻坯用机加工的方法解除306不锈钢套管约束，获得致密Ti2AlC材料。

所述套管的厚度为30-50mm。所述混料机为V型混料机。