[发明专利]一种多孔TiAl夹芯结构复合材料及其制备方法

说明书

一种多孔TiAl夹芯结构复合材料及其制备方法。本发明属于TiAl基复合材料及其制备领域。本发明目的在于解决多孔TiAl材料强度不高而应用范围受限的技术问题。本发明的多孔TiAl夹芯结构复合材料从上至下依次为上面板层、第一Ti/Al界面扩散层、芯材、第二Ti/Al界面扩散层和下面板层，其中上、下面板层均为钛基板材，芯材为多孔TiAl合金。本发明的多孔TiAl夹芯结构复合材料通过烧结浸渗法直接制备而成，通过添加两侧钛面板以及形成芯材/面板界面的扩散连接大幅提高多孔TiAl材料的强度。以海绵钛为原料采用烧结浸渗法在热压烧结炉中直接制备出多孔TiAl夹芯结构复合材料，孔隙率高，且方法简单高效又成本低廉。

技术领域

本发明属于TiAl基复合材料及其制备领域；具体涉及一种多孔TiAl夹芯结构复合材料及其制备方法。

背景技术

多孔TiAl金属间化合物是一种介于高温合金与陶瓷之间的多孔材料，兼具陶瓷和金属的优良性能，既可以应用于强腐蚀和强氧化等苛刻环境，也适用于隔热或散热的高温情况。为了增强多孔材料的强度，满足装备轻质结构要求较高的航空和船舶等领域的应用，有必要制备以多孔TiAl合金为芯材、以坚固致密金属为两侧面板的三明治结构复合材料。

典型的三明治夹芯结构复合材料通常由面板和芯材构成，而面板和芯材连接的常用方法是粘结法和焊接法。首先它们都要先制备出多孔芯材，然后分别通过胶粘和焊接的工艺将金属面板连接到多孔材料两侧。对于胶粘粘结法而言，粘结剂耐高温能力差并且容易老化，从而导致其整体结构性能表现不佳；而焊接法难以进行高空隙的多孔材料与金属面板的连接，并且工艺复杂。如何强化多孔材料与面板的结合强度，怎样简化制备工艺，实现不再通过胶粘粘结或焊接工艺将芯材和面板连接一体，是制备三明治夹芯结构复合材料面临亟待解决的问题。因此，高效快捷地制备优质多孔TiAl夹芯三明治结构复合材料变得尤为重要。

发明内容

本发明目的在于解决多孔TiAl材料强度不高而应用范围受限的技术问题，而提供了一种多孔TiAl夹芯结构复合材料及其制备方法。

本发明的一种多孔TiAl夹芯结构复合材料从上至下依次为上面板层、第一Ti/Al界面扩散层、芯材、第二Ti/Al界面扩散层和下面板层，其中上、下面板层均为钛基板材，芯材为多孔TiAl合金。

进一步限定，所述钛基板材为纯钛板或钛合金板，所述上、下面板层厚度相同，均为0.5mm～5mm。

进一步限定，所述多孔TiAl合金的孔隙率为50.2％～76.6％，厚度为25mm～80mm。

进一步限定，所述第一界面扩散层厚度和第二界面扩散层厚度相同，均为1.9μm～18.5μm。

本发明的一种多孔TiAl夹芯结构复合材料的制备方法按以下步骤进行：

步骤1、固态热压烧结：按钛基板材、铝板、不规则海绵钛粉、铝板和钛基板材的顺序依次层叠置于模具中，然后将模具放入真空热压烧结炉中进行真空热压烧结，在钛基板材和铝板的界面处生成第一Ti/Al界面扩散层和第二Ti/Al界面扩散层；

步骤2、液态铝低温无压浸渗：无压条件下继续升温至660℃～680℃，并在该温度下保温20min～30min，形成Ti-Al复合体；

步骤3：高温造孔：继续升温至900℃～1250℃，并在该温度下保温2h～3h，形成多孔TiAl合金，从而得到多孔TiAl夹芯结构复合材料。

进一步限定，步骤1中所述不规则海绵钛粉的质量与两层铝板总质量的比为1：(0.56～1.69)。

进一步限定，步骤1中所述不规则海绵钛粉的粒径为60μm～120μm，所述铝板厚度为3mm～10mm。

进一步限定，步骤1中所述真空热压烧结的条件为：温度为600℃～640℃，压力为3MPa～5MPa，时间为0.5h～1h。