[发明专利]一种铝-钛铝金属间化合物-氧化铝复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铝‑钛铝金属间化合物‑氧化铝复合材料及其制备方法和应用。首先将纳米TiO₂颗粒与铝片通过累积叠轧制成Al‑TiO₂复合材料预制体；然后将Al‑TiO₂复合材料预制体置于高温高压条件下诱发原位化学反应生成TiAl₃和Al₂O₃混合颗粒；随后将样品加热至铝熔点以上温度进行热挤压处理，获得最终的Al‑TiAl₃‑Al₂O₃复合材料。该工艺利用较低的初始TiO₂颗粒体积分数，通过Al‑TiO₂间的化学反应和铝的选择性热挤压，大幅调节目标颗粒的含量，生成的TiAl₃颗粒和Al₂O₃颗粒总体积分数为初始TiO₂颗粒体积分数的3.6‑9.9倍，且显微组织细小，颗粒分布均匀。本发明所制得的Al‑TiAl₃‑Al₂O₃复合材料力学性能优异，硬度最高达532.8HV，是纯铝的21.7倍，室温压缩强度最高达1311.9MPa，300℃下压缩强度最高达918.6MPa，600℃下压缩强度最高达564.6MPa，700℃下压缩强度为225.2MPa。

技术领域

本发明涉及一种铝-钛铝金属间化合物-氧化铝复合材料及其制备方法和应用，属于复合材料制备领域。

背景技术

随着工业与科学技术的发展，材料性能在实际场合中的应用越来越重要，要求与标准也越来越高，特别是航空航天、军事等尖端领域。单一金属和合金也逐渐难以满足实际要求，这就使得金属基复合材料快速、迅猛地发展。与传统的纯金属和合金材料相比，金属基复合材料不仅能够发挥基体及增强体的协调作用，还能根据实际需求，调节基体与增强体的种类和含量以获得不同性能的材料。与树脂基和陶瓷基复合材料相比，金属基复合材料具有较高的比强度、比刚度和耐磨性，具有优良的导电、导热性、高温性能好，具有高韧性、高冲击性能、热膨胀系数小等优点。

在金属基复合材料中，以铝和铝合金为基体的铝基复合材料是应用最为广泛的材料之一。铝基复合材料质量轻、密度小、可塑性好，易于加工，复合技术易于掌握。此外，铝基复合材料比强度和比刚度高，高温性能好，更耐疲劳和更耐磨，阻尼性能好，热膨胀系数低。同其他复合材料一样，它能组合特定的力学和物理性能，以满足应用中的需要。因此，铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一，广泛应用于汽车、航空航天、电子、光学仪器、体育用品中。颗粒增强铝基复合材料，具有各向同性，能够保持性能的一致性与均匀性，因此近年来发展极为迅速，增强颗粒多为陶瓷颗粒，如氧化物、碳化物；另外石墨、金属间化合物等也得到广泛应用，均获得了良好的效果。增强颗粒一般有高强度、高模量、优异的绝热性和抗氧化性，良好的高温强度。Al₂O₃作为陶瓷颗粒，其熔点、强度、硬度高，并且具有较低的热膨胀系数、较高的弹性模量。而TiAl₃作为金属间化合物颗粒具有良好的耐热性、较高的比强度，良好的韧性及热加工性能。充分发挥Al、TiAl₃、Al₂O₃三种材料的特点，制备三者的复合材料，有望获得良好的综合性能。