[发明专利]一种球磨混粉-放电等离子烧结钛基复合材料及制备方法

说明书

一种球磨混粉‑放电等离子烧结钛基复合材料及制备方法，其特征在于：它的制备原料为Ti‑15Mo‑3Al‑2.7Nb‑0.2Si粉和纳米GNP粉末；制备方法为首先，将纳米GNP粉末分散均匀，再将Ti‑15Mo‑3Al‑2.7Nb‑0.2Si粉和纳米GNP粉末进行湿磨，混合均匀后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LABOX325设备中进行放电等离子烧结，使得Ti‑15Mo‑3Al‑2.7Nb‑0.2Si粉和纳米GNP粉末进一步合金化。本发明提供的SPS烧结的Ti‑15Mo‑3Al‑2.7Nb‑0.2Si‑xGNP复合材料成分均匀和抗氧化性等均有一定程度的提高。

技术领域

本发明涉及一种复合材料技术，尤其是一种球磨-放电等离子烧结制备Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si-xGNP复合材料的技术，具体地说是一种提高抗氧化性能的Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si-xGNP复合材料及其制备方法。

背景技术

钛合金及其复合材料具有轻质高强、优良的抗氧化和耐腐蚀性能等特点，在航空、航天、航海、军事工业、石油化工等高温领域有着广泛的应用。随着钛合金及其复合材料使用温度的不断提高，传统的钛及钛合金材料在高温环境下已难以满足使用要求，因此，在高温领域，钛合金及其复合材料逐渐向高温高性能方向发展。钛基复合材料经过几十年的发展，主要可分为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、二次加工难等缺点，应用范围大大受限，而非连续增强钛基复合材料具有成本低、各向同性、易于加工等特点，是钛基复合材料发展的重要研究方向。非连续增强钛基复合材料中添加的增强体不仅可显著提高材料的强度、弹性模量等机械性能，同时还可以提升材料的功能特性，可以满足航空、航天、军事工业等领域的高技术装备对结构功能一体化材料的高要求。

常用的钛基复合材料增强体主要有TiB₂，TiN，B₄C，ZrC，SiC，TiB，TiC，Si₃N₄和Al₂O₃等，近年来又发展了碳纳米管、石墨烯等碳基材料作为增强体。与其他增强体相比，石墨烯具有较高的强度(130GPa)、较高的弹性模量(1.0TPa)、更大的比表面积等，在复合材料中可以提供更大的界面。此外，添加石墨烯后可以原位生成TiC等碳化物颗粒，可以进一步提高复合材料的综合性能。因此，选用石墨烯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基复合材料制备工艺复杂，性能难以提高的问题，发明一种采用“球磨混粉-放电等离子烧结”工艺制备Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si-xGNP复合材料的方法。该方法操作简单，成本低廉，所获得的钛基复合材料具有优良的抗氧化性能。

本发明的技术方案之一是：

一种SPS烧结Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si-xGNP复合材料，其特征在于：由Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si粉和纳米GNP粉末复合烧结制备而成，Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si-xGNP复合粉末的组成如下，其中，Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si粉以20g为一个当量，纳米GNP粉末的重量是：x wt.%当量， x的取值范围为0.2-0.8。

本发明的技术方案之二是：

一种SPS烧结Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si-xGNP复合材料的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：