[发明专利]核壳结构碳包覆钛及钛合金复合粉体及其制备方法

说明书

一种核壳结构碳包覆钛及钛合金复合粉体及其制备方法，所述复合粉体以钛或钛合金粉体为核，以石墨颗粒、碳纳米管、碳纳米棒、无定形碳中一种或者多种碳物质为壳。本发明的复合粉体的制备方法是通过流化床化学气相沉积技术实现的，所述复合粉体具有产品纯净、杂质含量低，碳包覆层与钛基体之间结合力强、不易脱落，碳物质在粉体表面分布均匀、含量可控等优点。该复合粉体可以直接作为碳增强钛基复合材料的生产原料，能够解决传统粉末冶金技术制备碳增强钛基复合材料中存在的富碳相分布不均匀、数密度不易控制、杂质含量过高等问题。

技术领域

本发明涉及一种核壳结构碳包覆钛及钛合金复合粉体及其制备方法，属于钛基复合材料原料技术领域。

背景技术

钛基复合材料具有高比强度、优异的耐腐蚀性能和高温力学性能等诸多优点，有望在汽车工业、航空航天、海洋工程、生物医学等高新技术领域获得广泛应用。研究表明，由于碳化钛和碳纳米管与钛基体之间的良好相容性，同时还具有优异的高温力学性能、抗腐蚀性能、高温热稳定性等优点，因此非常适合作为钛基复合材料的增强相。目前，一般通过机械混合法使钛粉或者钛合金粉体原料与碳纳米管、碳化钛或者其他类型碳源混合均匀，然后采用材料成型技术制备得到碳化钛或碳纳米管增强钛基复合材料。然而，通过上述方法制备得到的钛基复合材料却由于存在以下几个缺点而制约了它们在工程方面的应用：(1)增强相在基体内分布不均匀导致第二相强化效果不理想甚至发生偏聚引起材料的脆性断裂；(2)粉体原料在机械混合过程中引入大量氧、氮等杂质导致增强相与基体之间的两相界面非常脆弱；(3)碳纳米管的组织结构完整性会在机械混合过程中遭到破坏，从而损害了它们对于钛基体的第二相强化效果。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种核壳结构碳包覆钛及钛合金复合粉体及其制备方法，以便解决上述问题的至少之一。

本发明是通过如下技术方案实现的：

作为本发明的一方面，提供一种核壳结构碳包覆钛及钛合金复合粉体，所述复合粉体以钛或钛合金粉体为核，以石墨颗粒、碳纳米管、碳纳米棒、无定形碳中一种或者多种碳物质为壳。

作为本发明的另一方面，提供一种核壳结构碳包覆钛及钛合金复合粉体的制备方法，包括以下步骤：

(1)将除氧剂加入除氧系统中的流化床中，将粉体原料加入化学气相沉积系统的流化床中，检查反应装置的气密性，然后通入高纯惰性气体排尽装置里的空气；

(2)除氧系统中的流化床和化学气相沉积系统的流化床放入各自的达到预设反应温度的加热设备中，稳定后减小惰性气体流量，同时按照配比通入高纯乙炔和高纯氢气进行化学气相沉积反应；

(3)化学气相沉积反应后，停止通高纯氢气和高纯乙炔，同时提高惰性气体的气速，稳定后取出两个流化床，冷却至室温，取出流化床反应器中碳包覆钛或钛合金复合粉体并存放。

优选地，步骤(1)中，所述除氧系统中的流化床为柱形石英流化床，所述化学气相沉积系统中的流化床为套式石英流化床。

优选地，步骤(1)中，所述除氧剂为氢化脱氢钛粉，粉体粒度为50～150μm；所述粉体原料为氢化脱氢钛粉或者氢化脱氢钛合金粉体，粉体纯度高于98％，粉体粒度为30～150μm。

优选地，步骤(1)中，所述惰性气体为不与粉体反应的气体，如氦气、氖气或氩气。

优选地，步骤(1)中，所述高纯惰性气体纯度高于99.9999％，高纯惰性气体的通入气速为300～800sccm，排气时间为30～60min。

优选地，步骤(2)中，所述除氧系统中的加热设备预设反应温度为450～550℃，所述化学气相沉积系统中的加热设备预设反应温度为500～700℃。