[发明专利]原位合成碳化铝和三铝化钛增强铝/钛叠层材料制备方法

权利要求书

1.一种原位合成碳化铝和三铝化钛增强铝/钛叠层材料制备方法，其特征在于：

使用的化学物质材料为：石墨烯、铝、钛、无水乙醇、去离子水，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位

石墨烯：C 固态粉体 0.5g±0.001g

铝粉：Al 固态粉体 100g±0.001g

钛粉：Ti 固态粉体 100g±0.001g

无水乙醇：C₂H₅OH 液态液体 1000mL±10mL

去离子水：H₂O 液态液体 1000mL±10mL

制备方法如下：

1）超声分散

称取石墨烯0.5g±0.001g，量取去离子水400mL，加入容量为500mL的烧杯中，并用玻璃棒进行旋转搅拌；然后，将烧杯放入超声波振荡器中进行超声分散，振荡频率为900w，分散时间为1.5h，由此制得石墨烯分散液；

2）混粉

称取铝粉99.5g，量取无水乙醇500mL，加入容量为1000mL的烧杯中搅拌均匀，由此制得铝粉浆液；然后，将石墨烯分散液加入盛有铝粉浆液的烧杯中进行机械搅拌，搅拌速率为200r/min，搅拌时间为70min，由此制得混合浆液；

3）烘干

将盛有混合浆液的烧杯放入真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为24h，由此制得石墨烯/铝混合粉末；

4）粉末叠放

将放电等离子烧结炉的第一个压头插入石墨模具中，并在第一个压头上放置一层石墨纸；然后，称取钛粉5g，铺放于石墨纸上形成第一个钛粉层；然后，称取石墨烯/铝混合粉末3g，铺放于第一个钛粉层上形成第一个石墨烯/铝混合粉末层；然后，称取钛粉5g，铺放于第一个石墨烯/铝混合粉末层上形成第二个钛粉层；然后，称取石墨烯/铝混合粉末3g，铺放于第二个钛粉层上形成第二个石墨烯/铝混合粉末层；然后，称取钛粉5g，铺放于第二个石墨烯/铝混合粉末层上形成第三个钛粉层；然后，将放电等离子烧结炉的第二个压头插入石墨模具中，并用第二个压头压住第三个钛粉层；

5）粉末压实

固定好石墨模具后关闭炉门，用真空泵抽出炉腔中的空气；然后，启动放电等离子烧结炉的加压装置，对石墨模具中的三个钛粉层和两个石墨烯/铝混合粉末层进行压实，压强为50MPa，压实时间为5min；

6）烧结成型

保持压强50MPa，启动等离子放电装置，对石墨模具中的三个钛粉层和两个石墨烯/铝混合粉末层进行放电烧结，烧结温度为550℃，烧结时间为10min，烧结升温速率≤100℃/min，由此将石墨模具中的三个钛粉层和两个石墨烯/铝混合粉末层烧结成块体；

7）原位合成碳化铝

将压强调整为0MPa，对石墨模具中的块体进行放电烧结，烧结温度为620℃，烧结时间为60min，烧结升温速率≤100℃/min，由此使得块体内部的石墨烯转化为碳化铝；

8）生成三铝化钛

将压强调整为0.5MPa，继续对石墨模具中的块体进行放电烧结，烧结温度为700℃，烧结时间为120min，烧结升温速率≤100℃/min，由此使得块体内部钛和铝的界面处发生原子扩散，生成三铝化钛，从而将块体烧结成原位合成碳化铝和三铝化钛增强铝/钛叠层材料；然后，关停放电等离子烧结炉的加压装置和等离子放电装置，用冷却水对放电等离子烧结炉的炉体进行降温；打开炉门，取出石墨模具中的原位合成碳化铝和三铝化钛增强铝/钛叠层材料；

9）清理、清洗

用无水乙醇清洗原位合成碳化铝和三铝化钛增强铝/钛叠层材料，清洗后晾干；

10）检测、分析、表征

对原位合成碳化铝和三铝化钛增强铝/钛叠层材料的形貌、色泽、微观组织、力学性能进行检测、分析、表征；

用场发射扫描电镜进行显微组织分析；

用维氏硬度计进行硬度分析；

用电子万能试验机进行拉伸性能测试；

结论：原位合成碳化铝和三铝化钛增强铝/钛叠层材料为圆柱状块体，硬度达319HV，抗拉强度达639.4MPa，延伸率达10.6%，碳化铝在基体中分散均匀，钛、铝叠层界面之间结合良好。