[发明专利]一种异构结构的钛基复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种异构结构的钛基复合材料，其特征在于，所述复合材料由钛或钛合金作为钛基体，由原位自生的碳化钛、硼化钛中一种或者两种作为增强相而形成；所述钛基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）超声分散：向增强相中添加乙醇或丙酮溶液，再超声获得均匀的增强相分散液；

（2）高能球磨研磨：将细晶粒钛基体粉末加入步骤（1）中已分散的增强相分散液，将上述混合物放入球磨罐中，并加入乙醇或丙酮或正己烷溶液，正反双向旋转研磨、破碎和混合；将混合完毕的溶液沉淀过滤，取沉淀真空干燥过筛得到细晶粒复合粉末；

（3）低能球磨混合：取步骤（2）中干燥过筛后的细晶粒复合粉末，加入到粗晶粒的钛基体粉末中，将上述混合物放入球磨罐中，并加入乙醇或丙酮或正己烷溶液，单向或者正反双向旋转，使粉末充分混合，最后真空抽滤获得包覆良好的混合粉末，真空干燥待用；

（4）烧结成型：取步骤（3）所得产品，进行烧结，即得所述异构结构的钛基复合材料。

2.根据权利要求1所述的异构结构的钛基复合材料，其特征在于，所述原位自生的碳化钛为TiC颗粒，所述原位自生的硼化钛为TiB晶须；所述原位自生TiC颗粒的碳源包括石墨、石墨烯、碳纳米管、纳米金刚石或者纳米洋葱碳；所述原位自生TiB晶须的源料为TiB₂。

3.根据权利要求1所述的异构结构的钛基复合材料，其特征在于，所述增强相的添加比例为总质量的0.1-20 wt.%。

4.根据权利要求1所述的异构结构的钛基复合材料，其特征在于，所述钛或钛合金为不规则粉末颗粒或者球形粉末颗粒，颗粒尺寸为1-180 μm。

5.根据权利要求1所述的异构结构的钛基复合材料，其特征在于，所述钛为纯钛，所述钛合金为钛与其它合金化元素Al、Fe、Nb、V、Ta、Zr、Sn、Mo、Cr、W、Ni、B或Si元素中的一种或者多种组成的钛合金。

6.根据权利要求5所述的异构结构的钛基复合材料，其特征在于，所述钛合金为TC4。

7.一种权利要求1-6任一所述的异构结构的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）超声分散：向增强相中添加乙醇或丙酮溶液，再超声获得均匀的增强相分散液；

（2）高能球磨研磨：将细晶粒钛基体粉末加入步骤（1）中已分散的增强相分散液，将上述混合物放入球磨罐中，并加入乙醇或丙酮或正己烷溶液，正反双向旋转研磨、破碎和混合；将混合完毕的溶液沉淀过滤，取沉淀真空干燥过筛得到细晶粒复合粉末；

（3） 低能球磨混合：取步骤（2）中干燥过筛后的细晶粒复合粉末，加入到粗晶粒的钛基体粉末中，将上述混合物放入球磨罐中，并加入乙醇或丙酮或正己烷溶液，单向或者正反双向旋转，使粉末充分混合，最后真空抽滤获得包覆良好的混合粉末，真空干燥待用；

（4） 烧结成型：取步骤（3）所得产品，进行烧结，即得所述异构结构的钛基复合材料。

8.根据权利要求7所述的异构结构的钛基复合材料的制备方法，其特征在于， 步骤（2）中正反双向旋转为优选以300-500 rpm的转速正反双向旋转10-30小时；步骤（3）中单向或者正反双向旋转以100-200 rpm的转速单向或者正反双向旋转5小时。

9.根据权利要求7所述的异构结构的钛基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述烧结为放电等离子烧结或者热压烧结，所述放电等离子烧结条件为：压力为20~500MPa、温度为900~1200℃，升温速度为30-100 ^oC/min，在最高烧结温度保温时间为1~30min，烧结气氛为高纯氩气或者真空；所述热压烧结的条件为：在真空或者惰性气氛保护下、压力为10~80 MPa、温度为1000~1400℃，升温速度为8~100℃/min，在最高烧结温度保温时间为30~180 min。