[发明专利]一种SPS烧结颗粒增强Ti-Al-Sn-Zr系耐高温钛基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种SPS烧结颗粒增强Ti‑Al‑Sn‑Zr系耐高温钛基复合材料及其制备方法，属于复合材料制备技术领域；在本发明中，采用“粉末冶金—放电等离子烧结”工艺制备了SiC/GNPs/B₄C增强Ti‑Al‑Sn‑Zr系钛粉的耐高温钛基复合材料，该方法操作便捷，成本低廉，所获得的钛基复合材料具有优良的抗高温氧化性能，在航空航天、生物医学、海洋工程等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种SPS烧结颗粒增强Ti-Al-Sn-Zr系耐高温钛基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耐热性高、耐腐蚀性好、密度低等优异性能，主要应用于汽车、航空航天、石油化工、生物医学和海洋工程等领域。近年来，钛基复合材料由于其优异的高温性能已经成为高温结构材料的研究热点，通过向钛基复合材料中添加颗粒、晶须和纤维增强相可明显提高钛基复合材料的性能，根据增强体类型可分为连续增强钛基复合材料和非连续增强钛基复合材料。但是，连续增强钛基复合材料具有明显的各向异性，性能受到极大的影响。

非连续钛基复合材料的主要制备方法分为外加法和原位生成法，外加法成本昂贵且还需考虑到增强体与基体材料之间的浸润性制备工艺复杂而不被广泛使用。原位生成法包括熔铸法、机械合金化法、高温自蔓延合成法、粉末冶金法等，熔铸法是最早期的金属基复合材料制备方法，制备工艺简单但制备的复合材料性能较差；机械合金化方法制备的增强体尺寸精细但在制备过程中材料不稳定易发生氧化；高温自蔓延合成法制备效率高但是制备的复合材料孔隙率较大，性能不高。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种SPS烧结颗粒增强Ti-Al-Sn-Zr系耐高温钛基复合材料及其制备方法。在本发明中，采用“粉末冶金—放电等离子烧结”工艺制备了SiC/GNPs/B₄C增强Ti-6.01Al-3.90Sn-8.88Zr-1.16Nb-1.59Mo-0.33Si的耐高温钛基复合材料，该方法操作便捷，成本低廉，所获得的钛基复合材料具有优良的抗高温氧化性能，在航空航天、生物医学、海洋工程等领域具有广阔的应用前景。

本发明首先提供了一种SPS烧结颗粒增强Ti-Al-Sn-Zr系耐高温钛基复合材料，所述SPS烧结颗粒增强Ti-Al-Sn-Zr系耐高温钛基复合材料由Ti-Al-Sn-Zr系钛粉和SiC/GNPs/B₄C增强体粉末复合烧结制备而成，所述SiC/GNPs/B₄C增强体粉末与Ti-Al-Sn-Zr系钛粉质量比为1:100；所述基复合材料直径为φ620mm，高度为30mm。

进一步的，所述Ti-Al-Sn-Zr系钛粉为Ti-6.01Al-3.90Sn-8.88Zr-1.16Nb-1.59Mo-0.33Si粉。

进一步的，所述的SiC/GNPs/B₄C增强体粉末为下述四组中的任一组，第一组为1vol.%B₄C+5vol.%SiC_p，第二组为5vol.%SiC_w+5vol.%SiC_p，第三组为0.15vol.%GNPs+5vol.%SiC_p，第四组为5vol.%SiC_p。

本发明还提供了上述SPS烧结颗粒增强Ti-Al-Sn-Zr系耐高温钛基复合材料的制备方法，具体包括如下步骤：

向SiC/GNPs/B₄C增强体材料中加入无水乙醇进行第一次湿磨，得到SiC/GNPs/B₄C增强体粉末—乙醇溶液的混合物，然后加入Ti-Al-Sn-Zr系钛粉，混合均匀后第二次湿磨，湿磨后干燥，干磨，过筛，得到混合粉末；将混合粉末、放电等离子烧结，使得Ti-Al-Sn-Zr系钛粉与增强体粉末烧结成型，得到所述SPS烧结颗粒增强Ti-Al-Sn-Zr系耐高温钛基复合材料。