一种钛铝化合物基复合材料的制备方法技术

一种钛铝化合物基复合材料的制备方法，其特征在于：所述钛铝化合物基复合材料的制备方法是；首先将单质Ｔｉ层和单质Ａｌ层交替沉积在ＳｉＣ纤维外部表面上，然后在一定温度下采用真空热压或热等静压进行压制，扩散结合形成复合材料。本发明专利技术可以有效的降低Ｔｉ－Ａｌ化合物基复合材料的制备温度，明显减少了基体在冷却过程中由于热胀系数的差异而导致的热应力裂纹，并且基体与纤维之间的界面反应得到很好的控制。本发明专利技术具有可预见的很大的经济和社会价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料科学，特别提供了 。
技术介绍
现有技术中，近几年在人们对SiC纤维(CVD)等增强金属基复合材料的基体的相关研究中，TiAl金属间化合物由于优越的高温性能而受到了广泛重视。与Ti合金相比，SiC纤维(CVD)等增强金属基复合材料的密度更低，高温强度更高，并且具有优良的抗氧化性。这些特性使它能够更好的满足在高温下工作的需求。Ti合金基复合材料的工作温度在600°C以下，而TiAl化合物基的可将其提升到70(TC以上，这将极大的提升飞机发动机等的设计空间。但TiAl基合金的室温塑性很低，属于极难塑性加工材料。通常，在700'C以下温度范围内，它的塑性很差，其伸长率一般仅有2% 3%，无法进行塑性加工。在大于IIO(TC高温下，虽然它的塑性有所改善，但变形抗力仍然很大，其流动应力一般高达200MPa，且要求变形时保持相当低的应变速率(lxlO力/s),因而对其进行塑性加工成形的难度亦非常大，。因此，在使用真空扩散结合法制备SiC纤维增强TiAl化合物基复合材料时，需要很高的温度和压力，这使纤维与基体的界面反应程度增加，产生脆性相，同时也增加了纤维的损伤，造成复合材料性能降低。另一方面，TiAl化合4物与SiC纤维之间热膨胀系数相差较大，在复合材料冷却过程中，由于基体塑性变形能力差，不能通过自身的塑性变形或流动及时释放热残余应力，导致在界面附近基体内拉应力过高,诱发横、纵向裂纹产生；具体参见参考文献1: J.F. Farraro and N. S. Stoloff， Intermetallics,, 1994， 2(2): 95-101;参考文献2: Sarala Djanarthany, Jean-Claude Viala， Jean Bouix, Mater. Sci. Eng. A，2001, 300: 211-218;参考文献3: A. Brunet， R. Valle， A.Vassel, Acta mater.，2000,48:4763-4774。人们希望获得一种技术效果更好的金属间化合物基复合材料的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种技术效果更好的钛铝化合物基复合材料的制备方法。本专利技术提供了一种SiC纤维增强钛铝化合物基复合材料的制备方法，其特征在于所述钛铝化合物基复合材料的制备方法是；首先将单质Ti层和/或单质Al层交替沉积在增强体材料外部表面上，然后在一定温度下进行真空压制，扩散结合形成复合材料。本专利技术所述钛铝化合物基复合材料的制备方法，其特征在于所述钛铝化合物基复合材料所使用的原料中单质Ti层和单质Al层的质量相对比例关系为1: 3 3: 1;单质Ti层和单质Al层的层厚范围分别是0.5 2拜;在增强纤维外部的单质Ti层和/或单质Al层分层依此分别制备，优选方案中最内层为单质Ti层，最外层为单质Al层。所述钛铝化合物基复合材料的制备方法是将制备钛铝化合物基复合材料所用的原料单质Ti层和单质Al层沉积到SiC纤维上，然后在500 70(TC温度条件下采用真空热压或热等静压进行压制成型，扩散结合形成复合材料；压制时间是1 3小时，压力大小为50 150MPa;然后在继续施压或撤除外施压力的条件下进行高温均匀化处理，高温均匀化处理的温度条件是700 900°C，高温均匀化处理的时间范围是0.5 4小时。在所述增强体材料上分层制备单质Ti层或/和单质A1层所采用的具体制备方法优选是物理气相沉积法。具体要求取决于该元素与SiC纤维表面涂层之间的反应，以反应程度较弱的元素为内层，以变形及粘合能力较好的A1为外层。本专利技术的一个优选内容是，依次采用下述方案制备钛铝化合物基复合材料是复合材料的制备过程具体分为以下过程增强体外部单质Ti层和/或单质A1层制备、制作纤维预制带、除胶、热压成型、高温均匀化和冷却；首先在增强纤维上应用物理气相沉积法分层制备单质Ti层和单质Al层；制备成Ti、 Al膜多次叠加的SiC复合丝；具体而言，复合丝使用对耙磁控溅射仪制备，首先使用绕线机组将SiC纤维以一定间距平行缠绕在特制转轮架上，装入磁控溅射仪真空腔内，腔内两对耙分别安装纯Ti和纯Al，分时间段在SiC纤维表面溅射Ti膜和Al膜，其中最内层为Ti，最外层为Al;溅射完毕后，使用真空扩散结合工艺制备复合材料首先在绕丝机组上将制得的多层复合丝紧密排列在圆柱形滚筒上，用胶黏液固定并干燥，制成纤维预制带，将预制带裁切成与热压模具同等大小，层叠装入纯Ti箔制成的包套中，在真空热压炉中除胶并热压成型；所述钛铝化合物基复合材料的制备采用真空扩散结合工艺具体为真空热压或热等静压或准等静压；除胶和热压成型的具体要求是首先在390土50'C保温1 3小时，除去预制带表面的胶粘液；随后在500 70(TC温度条件下进行热压成型，热压成型后在保温以便促使镀层扩散反应完全进行，成分均匀化，具体参数要求是640土5(TC/80士30MPa/2土lh;最后控制冷却速度冷却到450°C，冷却速度控制在1.5±0.5'C/min。本专利技术所述的TiAl化合物基复合材料的制备方法，我们也将其称之为元素镀层法，通常的工作方案中，首先将若干层Ti、 Al元素按照一定的比例交替制备到长纤维表面，制成多层Ti、 Al元素复合丝，使用基体涂层纤维法在真空炉中进行热压成型，由于纯Ti与纯Al比Ti-Al金属间化合物的塑性要好的多，因此可以采用比Ti一Al化合物低的多的热压温度压制成形。在压力的作用下，镀层产生塑性变形，填充纤维之间的多边形空隙，并利用最外层纯Al良好的塑性与扩散能力最终相互粘合。考虑到Al熔化后会与Ti发生剧烈反应生成脆性化合物，变形抗力增大，因此将热压温度限制在Al熔点以下进行热压。热压成型后在Al熔点以上保温促使镀层扩散反应完全进行，成分均匀化。采用这种方法降低了 TiAl基复合材料的制备温度，减少了基体中由于热残余应力导致的裂纹，并且界面反应受到控制，有望提高TiAl基复合材料的力学性能。本专利技术的优点可以有效的降低Ti-Al化合物基复合材料的制备温度，明显减少了基体在冷却过程中由于热胀系数的差异而导致的热应力裂纹，并且基体与纤维之间的界面反应得到很好的控制。本专利技术具有可预见的很大的经济和社会价值。附图说明下面结合附图及实施方式对本专利技术作进一步详细的说明图1为Ti-Al元素复合丝横截面整体形貌图2为Ti-Al元素复合丝横截面局部形貌；图3为Ti-Al元素镀层复合丝法制备复合材料最佳工艺示意图；图4为640。C/80MPa/2h+800。C/0MPa/2h，冷速1.5°C/min的复合材料横截面整体形貌；图5为64(TC/80MPa/2h+80(TC/0MPa/2h,冷速1.5°C/min的复合材料横截面局部形貌；图6为复合材料界面形貌及线扫描曲线图7为热处理之前Ti-Al元素复合丝成分XRD衍射峰；图8为经640°C/80MPa/2h+800°C/0MPa/2h热处理后Ti-Al元素复合丝成分XRD衍射峰。具体实施例方式实施例1使用磁控溅射法在SiC纤维上交替溅射厚度约为l^m的Ti膜和Al膜， 制备成Ti、 Al膜多次叠加的SiC复合丝，如图1、 2所示。复合材料制备分复合丝的制备和板材压制两部分。复合丝使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钛铝化合物基复合材料的制备方法，其特征在于：所述钛铝化合物基复合材料的制备方法是；首先将单质Ｔｉ层和／或单质Ａｌ层交替沉积在增强体材料外部表面上，然后在一定温度下进行真空压制，扩散结合形成复合材料；　所述增强体材料为ＳｉＣ纤维材料 。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冀鸰，石南林，王玉敏，杨锐，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]