[发明专利]一种SPS烧结Ti-18Mo-0.5Si-xGNP复合材料及其制备方法

说明书

一种SPS烧结的Ti‑18Mo‑0.5Si‑xGNP复合材料及其制备方法，其特征在于：它的制备原料为Ti粉、Mo粉、Si粉和纳米GNP粉末；制备方法为首先，将Ti粉、Mo粉、Si粉和纳米GNP粉末混合均匀后进行高能球磨，使其部分合金化，再将球磨所得的粉料过筛，干燥，然后将混合粉末倒入ø30 mm的石墨模具中，在DR.SINTER型SPS‑3.20设备中进行放电等离子烧结，使得Ti、Mo、Si粉和纳米GNP粉末进一步合金化。本发明提供的SPS烧结的Ti‑18Mo‑0.5Si‑xGNP复合材料成分均匀和抗氧化性等均有一定程度的提高，在航空航天、军事工业、航海、汽车等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种复合材料技术，尤其是一种高能球磨-放电等离子烧结制备Ti-18Mo-0.5Si-xGNP复合材料的技术，具体地说是一种提高硬度和抗氧化性能的Ti-18Mo-0.5Si-xGNP复合材料及其制备方法。

背景技术

钛及钛合金是非常重要的金属结构材料，具有高比强度、优良的耐腐蚀性能等特点，在航空航天、军事工业、航海、汽车、石油化工、生物医药等领域有着广泛的应用。然而，随着航天领域对高性能材料需求的不断提高，如超高音速飞行器、轨道飞行器、航天飞机等高技术航天装备对轻质高强材料的需求，钛及钛合金材料已难以满足高性能的要求，因此，钛及钛合金的发展逐渐向钛基复合材料(TMCs)转移并已成功应用于要求较高的航空装备部件上。经过几十年的发展，钛基复合材料主要发展了连续纤维增强钛基复合材料和非连续增强复合材料两大类。连续纤维增强钛基复合材料由于纤维价格昂贵、各向异性、制备复杂、二次加工难等缺点，应用范围大大受限，而具有各向同性、易于加工的非连续增强钛基复合材料以其机械性能提高幅度大，成本低等特点，已成为钛基复合材料的重要研究方向。非连续增强钛基复合材料中添加的高比强度、比模量的增强体可显著提高材料的比强度、比模量，同时还可以赋予材料优良的机械性能，可以满足航天高科技装备对材料的要求。

目前常用的增强体主要有B₄C、TiB₂、ZrB₂、TiC、TiB和SiC等，近年来又发展了碳纳米管、GNP等材料作为钛基复合材料的增强体。在这些增强体材料中，GNP具有较高的弹性模量(1.0TPa)、较高的强度(130GPa)，同时还具有更大的比表面积，可以与复合材料基体之间形成更大的界面。此外，添加GNP可以原位生成SiC增强体，提高复合材料的综合性能。因此，选择GNP作为钛基复合材料的增强体具有很高的应用价值和广阔的研究前景。

发明内容

本发明的目的是针对现有的钛合金整体性能不高的问题，发明一种采用“高能球磨-放电等离子烧结”工艺制备的Ti-18Mo-0.5Si-xGNP复合材料。该方法操作简单，成本低廉，获得的钛基复合材料钛硅和钼硅金属间化合物含量较高，综合性能较好。

本发明的技术方案之一是：

一种SPS烧结Ti-18Mo-0.5Si-xGNP复合材料，其特征在于：由Ti粉、Mo粉、Si粉和纳米GNP粉末复合烧结制备而成，Ti-18Mo-0.5Si-xGNP复合粉末的组分是以质量百分比计算，其中，Ti粉：81.5wt.%，Mo粉：18wt.%，Si粉：0.5wt.%，纳米GNP粉末：xwt.%（基体混合粉末百分比），x的取值范围为0.02-0.08，最佳为0.02、0.04、0.06和0.08；各组分之和为100%。

本发明的技术方案之二是：

一种基于高能球磨-放电等离子烧结制备的Ti-18Mo-0.5Si-xGNP复合材料的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：