[发明专利]一种两步烧结法制备化学改性的钛基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种两步烧结法制备化学改性的钛基复合材料的方法，其特征在于，包括如下过程：

将石墨烯悬浊液加入碳化钛粉末与Ti-Al系预合金粉形成的均匀的混合液中，加入过程中，持续进行超声分散，石墨烯、碳化钛粉末与Ti-Al系预合金粉之间形成化学键，得到悬浊液，其中，Ti-Al系预合金粉、石墨烯和碳化钛粉的质量比为1：（0.002-0.02）：（0.01-0.03）；

对混合悬浊液球磨、干燥、过筛后得到混合粉料；

将所述混合粉料按照两步烧结法进行放电等离子烧结，按照两步烧结法进行放电等离子烧结时，先升温至第一温度并进行保温，使碳化钛粉末熔化，待碳化钛粉末熔化后，降温至第二温度并进行保温，使碳化钛转化成碳化钛晶粒，待碳化钛转化成碳化钛晶粒后，随炉冷却至室温，得到化学改性的钛基复合材料；

石墨烯悬浊液的制备过程包括：

将石墨烯加入到溶液B中超声分散得到石墨烯悬浊液，所述溶液B为含有聚乙烯吡咯烷酮的N-甲基吡咯烷酮，聚乙烯吡咯烷酮的含量为N-甲基吡咯烷酮质量的1%-3%，超声时间为0.5h~2h；

碳化钛粉的粒度为0.1μm~1μm；Ti-Al系预合金粉的粒度为40μm~80μm；石墨烯片径为5μm~10μm，厚度为3nm~10nm；

所述第一温度为1450℃-1550℃，所述第二温度为1050℃-1200℃；

球磨转速设置为200r/min~400r/min，球磨时间10h~22h。

2.根据权利要求1所述的一种两步烧结法制备化学改性的钛基复合材料的方法，其特征在于，碳化钛粉末与Ti-Al系预合金粉形成的均匀的混合液的制备过程包括：

将碳化钛粉末置入溶液A中超声分散，得到碳化钛悬浊液，将Ti-Al系预合金粉加入碳化钛悬浊液中超声分散，得到混合液；

使用水浴超声分散，使用的溶液A为添加有聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮的无水乙醇，其中，聚乙二醇的含量为无水乙醇质量的1%-4%，聚乙烯吡咯烷酮的含量为无水乙醇质量的1%-4%。

3.根据权利要求1所述的一种两步烧结法制备化学改性的钛基复合材料的方法，其特征在于，对球磨后的混合悬浊液干燥时，采用真空干燥，真空干燥温度为90℃~150℃，干燥时间为10h~18h。

4.根据权利要求1所述的一种两步烧结法制备化学改性的钛基复合材料的方法，其特征在于，所述Ti-Al系预合金粉为Ti₂AlNb粉末，按照两步烧结法进行放电等离子烧结时，按照50℃/min-100℃/min升温速率由室温加热至1450℃-1550℃，保温1min-3min，之后以50℃/min-100℃/min降温速率降温至1050℃-1200℃，并保温15min-20min，后以80℃/min-100℃/min降温速率降温至室温；

压力：前3min-5min保持8MPa-10MPa的恒定荷载，之后加压至40MPa-50MPa并保持40min-50min，之后减压至0MPa。

5.一种通过权利要求1-4任意一项所述的方法制得的化学改性的钛基复合材料，其特征在于，其组分包括Ti-Al系预合金、石墨烯和碳化钛，Ti-Al系预合金、石墨烯和碳化钛的质量比为1：（0.002-0.02）：（0.01-0.03）；所述化学改性的钛基复合材料中，石墨烯均匀分布，碳化钛晶粒填充于Ti-Al系合金晶粒间的孔隙。