[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

说明书

本发明涉及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，其针对背景技术的状况，以石墨烯、铝、钛为原料，制备了原位合成碳化铝和三铝化钛增强铝/钛叠层材料。此制备方法工艺先进，工序严密，生产效率高，制备出的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，是先进的原位合成碳化铝和三铝化钛增强铝/钛叠层材料的制备方法。

技术领域

本发明涉及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，属于层状结构材料制备的技术领域。

背景技术

叠层材料具有层状构型，由不同成分的组元交替叠放连接制成，兼具各组元的性能特点，是一种能同时提高材料强度和塑性的层状结构材料。铝/钛叠层材料集合了钛轻质、强度高的特点和铝轻质、塑性高的优势，具有广阔的应用前景。但是，与钛层相比，铝层的硬度和强度相对较低，不利于叠层材料的整体性能。并且，钛和铝的物性参数存在差异，导致叠层材料的异质界面结合强度较低，在服役过程中易开裂。因此，提高铝层的强度，增强钛、铝叠层之间的结合，可以增强铝/钛叠层材料的整体性能，拓宽其应用领域。

碳化铝的熔点为2100℃，密度为2.97g/cm³，弹性模量可达135GPa，作为增强相，可以有效提升叠层材料中铝层的强度。但是，常规的碳化铝尺寸较大，不能有效发挥强化效果，且难以均匀分散在基体中。如何引入小尺寸的碳化铝，促进其均匀分散在基体中，是制备难题。三铝化钛密度为3.4g/cm³，在常用的Ti-Al二元金属间化合物中抗氧化性能最好，且杨氏模量高达216GPa，可以提升叠层材料的性能和界面结合强度。但是，三铝化钛形成易导致叠层材料内部出现孔洞缺陷。如何引入三铝化钛并避免缺陷产生，是制备难题。当前，以石墨烯、铝、钛为原料，制备原位合成碳化铝和三铝化钛增强铝/钛叠层材料还处于研究阶段。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的状况，以石墨烯、铝、钛为原料，制备原位合成碳化铝和三铝化钛增强铝/钛叠层材料，以解决现有铝/钛叠层材料中铝层的强度较低、碳化铝难以均匀分散在基体中、叠层之间结合强度低的问题。

技术方案

本发明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