[发明专利]一种TiAl/TMCs层状复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种TiAl/TMCs层状复合材料的制备方法，其特征在于所述制备方法是按下述步骤进行的：

步骤一、首先利用低能球磨将钛合金粉末与增强相颗粒混合均匀，获得钛基复合材料（TMCs）粉末；

步骤二、随后将TiAl合金粉末与TMCs粉末交替分层均匀铺设于石墨模具中，获得TiAl/TMCs层状粉体坯料；

步骤三、最后对步骤二获得层状粉体坯料进行放电等离子体烧结（SPS），即制得TiAl/TMCs层状复合材料；

其中，步骤二中TiAl合金粉末每层铺设的厚度为400μm，TMCs粉末每层铺设的厚度400μm~800μm；

步骤二中铺设粉末用的叠层铺粉装置包括端帽（1）、端头（2）、伸缩杆（3）、固定板（4）、上连接杆（5）、下连接杆（6）、分样筛（7）、L形挡板（8）、直挡板（9）、x向震动器（10）和y向震动器（11）；

所述端帽（1）的纵截面呈凸字形，端帽（1）上端沿轴心线方向设有通孔，端帽（1）下端设置内凹槽，通孔底部与内凹槽顶部连通；

所述端头（2）插入端帽（1）的内凹槽且与端帽（1）固定连接，端头（2）内沿轴心线方向设有通孔；

所述伸缩杆（3）的底端穿过端帽（1）和端头（2）的通孔且伸出端头（2）的底部，伸缩杆（3）与端帽（1）通过螺栓限位，伸缩杆（3）的底端与固定板（4）通过螺栓固定；

所述端头（2）外壁上部均匀设置有6个上连接杆（5），每个上连接杆（5）的顶端与端头（2）铰接，上连接杆（5）的底端与间隔设置的直挡板（9）和L形挡板（8）的上部铰接；

所述端头（2）外壁每个上连接杆（5）正下方铰接有下连接杆（6），下连接杆（6）与上连接杆（5）平行设置，每个下连接杆（6）的底端穿过固定板（4）上的限位孔，下连接杆（6）的底端与间隔设置的直挡板（9）和L形挡板（8）的中部铰接；

所述直挡板（9）的下部设有x向震动器（10），L形挡板（8）水平部分的顶面设置有y向震动器（11）；

所述x向震动器（10）抵在分样筛（7）的外壁上，y向震动器（11）抵在分样筛（7）的底部；

所述端帽（1）外壁上相对称的位置固定连接有横向支撑杆（12），横向支撑杆（12）的另外一端与伸缩支撑柱（13）的顶端固定连接，伸缩支撑柱（13）底部与支撑座（14）固定连接；

所述分样筛（7）的直径大于石墨模具（15）的外径，分样筛（7）底部沿轴心线方向设置下限位圈（72），下限位圈（72）的直径比石墨模具（15）的膜腔（151）的直径大2~4mm，分样筛（7）的底部内侧沿轴心线方向设置有上限位圈（71），上限位圈（71）直径为石墨模具（15）膜腔的直径相等，分样筛（7）放置在石墨模具（15）上且下限位圈（72）与石墨模具（15）的顶部接触；

每层铺粉是通过下述步骤实现的：将粉末铺撒在分样筛（7）的上限位圈（71）内，并启动全部X向震动器（10）使混合粉末均匀分布在筛网上；然后同时开启全部X向震动器（10）和Y向震动器（11），带动分样筛（7）在竖直方向上震动，粉末通过筛网漏到石墨模具（15）的膜腔（151）中，待粉末全部漏入的膜腔（151）后关闭所有震动器；

步骤三中放电等离子体烧结具体是按下述操作进行的：将装有TiAl/TMCs层状粉体坯料的石墨模具置于SPS结炉中，封闭炉体同时抽真空，当炉体的真空度达到10^-2Pa时，开始施加10MPa压力进行预压，随后以50~100℃/min的速率进行升温至1000℃，此时开始逐渐升高压力，当炉内温度达到烧结温度为1000~1300℃时，将压力升高至30~70MPa，然后同时保温保压10~50min；当保温结束时，快速冷却至500℃，撤除压力，随炉冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的一种TiAl/TMCs层状复合材料的制备方法，其特征在于步骤一所述增强相颗粒为TiB₂、C、TiC、B₄C、B、SiC中的一种或其中几种的任意比混合。

3.根据权利要求1所述的一种TiAl/TMCs层状复合材料的制备方法，其特征在于步骤一所述TiAl合金粉末为TiAl基合金粉末、Ti₃Al基合金粉末中的一种或两种的任意比混合。