[发明专利]一种采用吸热半固态反应制备Ti-Al3

说明书

本发明公开了一种采用吸热半固态反应制备Ti‑Al₃Ti‑Al叠层复合材料的方法。本方法如下：将金属Ti箔和金属Al箔裁剪为适当尺寸，对裁剪后的金属Ti箔和金属Al箔进行丙酮超声波清洗和化学试剂处理，之后立即用清水冲洗；将冲洗后的金属Ti箔和金属Al箔进行烘干叠层，将叠层好的金属Ti箔和金属Al箔放入金属包套并置入石墨模具；最后将石墨模具放入真空热压烧结炉，在吸热半固态反应温度区间进行热压烧结，制备得到Ti‑Al₃Ti‑Al叠层复合材料。本发明借助Ti、Al箔半固态反应中存在的液相Al可补充柯肯达尔效应造成的孔洞，吸热反应可抑制金属间化合物晶粒长大的优势以及剩余液相Al可以弥补剥层裂纹，制备的复合材料具有无孔洞、界面平整、组织致密及工艺简单的特点。

技术领域

本发明属于叠层复合材料领域，具体涉及一种采用吸热半固态反应制备Ti-Al₃Ti-Al叠层复合材料的方法。

背景技术

Ti-Al₃Ti叠层复合材料由韧性金属Ti和脆性金属间化合物Al₃Ti组成。该类复合材料具有高强度、高模量、低密度的优异性能，还具有强大的吸收冲击功的能力，可作为超高吸能装甲防护材料，在航空航天、地面武器装备的装甲防护等诸多领域有着广阔的应用前景。

目前，国内外关于Ti-Al₃Ti叠层复合材料制备技术主要有真空热压烧结、非真空热压烧结、轧制复合热处理等技术。根据烧结中Ti箔、Al箔所处的物理状态和反应过程，其物理冶金学过程可分为固固扩散反应和固液扩散反应。固固扩散反应是交替叠放的Ti箔、Al箔在Al熔点温度以下发生反应，当Al箔完全反应后，采用高温热压或高温烧结致密化工艺消除材料中孔洞，最终获得界面平直、组织致密均匀的Ti-Al₃Ti叠层复合材料。Ti-Al₃Ti叠层复合材料的真空热压烧结、无真空热压烧结、轧制复合热处理技术均由固固扩散反应和致密化工艺组成。固固扩散反应制备的Ti-Al₃Ti叠层复合材料均出现孔洞、隧道裂纹、剥层裂纹等缺陷问题。原因是在固固扩散反应中，Al 在Ti中的扩散速率远高于Ti在Al中的扩散速率，Ti的热膨胀系数(7.35×10 ^-6 /℃）与Al₃Ti的热膨胀系数相差(15×10 ^-6 /℃）较大，并且Al₃Ti金属间化合物具有本征脆性，故而制备Ti-Al₃Ti叠层复合材料中不可避免的出现孔洞、隧道裂纹、剥层裂纹等缺陷。

本发明借助Ti、Al箔半固态反应中存在的液相Al可补充柯肯达尔效应造成的孔洞、吸热反应可抑制金属间化合物晶粒长大的优势以及剩余液相Al可以弥补剥层裂纹，故采用吸热半固态反应(660℃~685℃）制备Ti-Al₃Ti-Al叠层复合材料。本发明制备的复合材料具有无孔洞、界面平整、组织致密及工艺简单的特点。

发明内容

本发明为解决Ti-Al₃Ti叠层复合材料中孔洞、贯穿裂纹、组织不致密等缺陷问题，提供一种采用吸热半固态反应制备Ti-Al₃Ti-Al叠层复合材料方法, 具体步骤如下：

①将金属Ti箔和金属Al箔裁剪成大小相同的箔片，其中金属Ti箔的数目比金属Al箔的数目多一个；

②将裁剪后的金属Ti箔和金属Al箔分别放入装有丙酮溶液的烧杯中进行超声波清洗，去除表面油污和杂质；

③将清洗后的金属Ti箔和金属Al箔分别用化学试剂进行反应处理，以去除表面氧化物，然后立即用清水冲洗；

④将冲洗后的金属Ti箔和金属Al箔进行烘干上下交替叠层处理，并且保证上下最外层均为金属Ti箔；将叠层完毕的Ti箔和Al箔用金属包套进行封装并放入石墨模具；