[发明专利]一种具有高强度和优异耐磨性的钛铝硅碳固溶体块体材料制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高强度和优异耐磨性的钛铝硅碳固溶体块体材料的制备方法。该方法制备得到的钛铝硅碳固溶体的表达式为Ti₃Al_1.2‑xSi_xC₂(0.1≤x<1.1)；其纯度﹥95％，晶粒大小均匀，致密度﹥95％。具体制备方法如下：将Ti、Al、Si和TiC分别按摩尔比1.0:(0.1～1.1):(0.1～1.1):(1.75～2.0)的比例配料；球磨混料；冷压成型；在无压烧结炉中1370～1500℃烧结，保温5～15min，得到块体反应产物；将块体反应产物经过破碎、球磨、干燥和过筛得到Ti₃Al_1.2‑xSi_xC₂固溶体粉体；然后在热压烧结炉中1370～1500℃烧结，加压10～30MPa，保温0.5～1.5h，冷却后得到具有高强度和优异的耐磨性的Ti₃Al_1.2‑xSi_xC₂固溶体块体材料。通过本方法制备的钛铝硅碳块体材料可以极大地提高块体的强度，而且具有优异的耐磨性，方法可靠，适合工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种具有高强度和优异耐磨性的钛铝硅碳固溶体块体材料的制备方法。

背景技术

MAX相陶瓷材料(如Ti₃AlC₂和Ti₃SiC₂)是一种新型的层状化合物，其同时兼具金属和陶瓷的优良性能，如高导电性、导热性、可加工性；高强度、硬度、优异的抗热震性、耐腐蚀、抗氧化、高温时低的热膨胀系数等等，同时其也具有优异的摩擦学性能。因此，这类新型材料在电极电刷材料、高温结构部件、防腐蚀材料、抗热震材料、耐磨材料等方面良好的应用前景。

在工业生产中，固溶强化是一种重要的强化方法，通过适当地控制溶质含量，能够显著提高材料的强度和硬度，同时仍能保证材料的塑性和韧性，所以说固溶体一般具有较好的综合力学性能。周延春等人采用原位热压烧结的方法制备的Ti₃Al_0.8Si_0.2C₂固溶体，其弯曲强度和维氏硬度分别为～410MPa和～3.75GPa,提高了约为14％和23％(参考文献Y.C.Zhou,et al,Acta Mater.2006；54:1317–1322)。Huili Gao等人采用脉冲电流烧结法制备的Ti₃(Al_1-xSi_x)C₂固溶体的维氏硬度(在10N的法向载荷下，Ti₃Al_0.8Si_0.2C₂:～5GPa；Ti₃Al_0.6Si_0.4C₂:～5.2GPa)要比两端(Ti₃AlC₂和Ti₃SiC₂)的强度有所提高(参考文献H.L.Gao,et al,Mater.Sci.Eng.,A,2016；676:197–208)。其次，Si的加入不仅使固溶体材料具有高的强度和硬度，而且Si含量的变化使材料摩擦系数具有可调控性，同时具有优异的耐磨性。