一种无压制备钛/氧化铝复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备层状钛/氧化铝复合材料的工艺。该工艺过程先采用电动压片机预压制成型，再用冷等静压机进一步成型，烧结过程中通入氩气保护气氛，得到的样品比传统的无压烧结方法具有更高的致密度和弯曲强度，其相对密度和弯曲强度分别得到81.7%，183.85MPa。

A Method for Preparing Titanium/Alumina Composites without Compression

The invention discloses a process for preparing layered titanium/alumina composite material. In this process, electric presser is used to pre-press and cold isostatic press is used to further shape. Argon atmosphere is introduced into the sintering process. The obtained samples have higher density and bending strength than the traditional pressureless sintering method. Their relative density and bending strength are 81.7% and 183.85 MPa, respectively.

【技术实现步骤摘要】
一种无压制备钛/氧化铝复合材料的方法
本专利技术涉及一种无压制备钛/氧化铝复合材料的方法，具体为通过电动压片机和冷等静压机两次预成型，再进行无压气氛烧结的方法。
技术介绍
金属陶瓷复合材料是指由金属相或者合金与陶瓷相，通过物理或化学方法复合成具有新性能的复合材料。陶瓷材料一般强度，硬度很大，化学稳定性及抗氧化性好，然而脆性大严重制约了他们的应用范围。金属材料一般具有良好的韧性，延展性等优点，但是其强度、硬度及抗氧化性远不如陶瓷材料，因此限制了他们的应用。金属陶瓷复合材料克服了单一材料的缺点，结合了两种材料的优点，使之满足新时期对材料的要求。金属钛有质轻、耐腐、高韧性和高延展性等优点，一直以来在航天领域起到了不可或缺的作用，同时也被称为“太空金属”；氧化铝陶瓷是公认的最具性价比的陶瓷材料，具有高强、高硬度、耐高温、耐磨和较好的化学稳定性；金属钛与氧化铝陶瓷有较好的物理化学相容性，因此钛/氧化铝复合材料成为典型的金属/陶瓷复合材料而广泛为众多研究者所重视，其优异的力学性能、高温性能、耐腐蚀性能使得其被应用在航空航天、机械加工和勘探等领域。钛和氧化铝在性能上的互补可以很好地克服各自性能的一部分劣势，提高了复合材料力学性能及高温性能，这与其较好的界面性能有直接关系。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于冷等静压成型及无压烧结制备钛/氧化铝复合材料的方法。基本思路是通过冷等静压成型及无压烧结相结合，制备出一种成型工艺简单、结构密实、力学性能优异的钛/氧化铝复合材料。本专利技术的特征是采用电动压片机预压制成型，再用冷等静压机进一步压制密实，最后在碳管炉中氩气气氛下烧结成型。其专利技术的技术工艺流程如下：本专利技术提供了一种钛/氧化铝复合材料的制备方法，其制备步骤如下：钛粉与氧化铝粉的制备：钛粉和氧化铝粉按照一定比例称取后混合，把混合粉末、氧化铝研磨球、无水乙醇按一定质量比放入球磨罐中，在行星球磨机上研磨后，取出放到烘箱内干燥烘干得到混合均匀的钛/氧化铝粉末。聚乙烯醇与钛/氧化铝粉末以一定质量比混合造粒，过筛。钛/氧化铝坯体制备：取适量钛/氧化铝粉末放入钢模具中，在电动压片机压力下预制成型，将预成型的素坯真空封入包装袋中，放入冷等静压机里进一步压制，得到密实的钛/氧化铝坯体。无压烧结：将上述制备的坯体放入碳管炉中通入气体烧结，冷却得到钛/氧化铝复合材料。本专利技术所述的Ti粉与氧化铝粉的制备工艺，其特征在于：钛粉与氧化铝粉以体积比40:60组成混合粉末，混合粉末：研磨球：无水乙醇=1:2:1（质量比）。球磨时间为6小时，干燥温度60℃。以聚乙烯醇与钛/氧化铝粉末以质量比1:20比例混合造粒，过100目筛。本专利技术所述的钛/氧化铝坯体制备工艺，其特征在于：电动压片机施加的压力为30MPa，保压时间2分钟，冷等静压机施加压力为300MPa，保压时间5分钟。本专利技术无压烧结工艺，其特征在于：坯体在氩气气氛的热压炉中进行烧结，室温到1200℃升温速度为10/分钟，1200-1420℃升温速度为5℃/分钟，保温时间为1小时。本专利技术相比现有技术的优越性在于：本工艺制备过程简单，成品可根据模具形状控制，且烧结的样品经冷等静压成型有很大的致密度。在烧结过程中，相比热压烧结无需特定的模具，利用此无压烧结方法可实现坯体的大规模生产，可操作性强；钛在烧结过程中会生成液相，降低了烧结温度，促进复合材料的烧结。附图说明图1为钛/氧化铝复合材料的制备工艺流程图。图2为钛/氧化铝复合材料的XRD图。图3状钛/氧化铝复合材料的断面SEM图。具体实施方式实施例1将粒径为30nm左右的氧化铝粉16.3g，粒径为20μm钛粉13.7g，氧化铝研磨球60g，无水乙醇30g混合于球磨罐中，用玻璃棒搅拌均匀后放入行星球磨机。调节转速为160r/分钟，球磨时间设置为240分钟。取出球磨后的混合粉末与无水乙醇倒入托盘中置入烘箱，调解烘箱温度为60℃，待酒精完全挥发后，取出干燥的钛/氧化铝粉末30g，并放入研钵里。加入1.5g聚乙烯醇与钛/氧化铝粉末均匀混合，进行手工造粒，过100目筛孔。将过筛后的粉末放入直径为40mm的圆形刚模具中，置于压力为30MPa的电动压片机下压制成型，保压时间设定为2分钟。取出预压制成型的坯体放入冷等静压机中，设置成型压力为300MPa，保压5min，得到待烧结的致密坯体。将冷等静压成型的坯体放到碳管炉里，通入氩气，室温到1200℃升温速度设置成10℃/分钟，1200-1420℃的升温速度设置为5℃/分钟，在1420℃保温60分钟。随炉降温至室温制备出钛/氧化铝复合材料，降温过程中保持氩气环境。最终得到的样品进行X射线衍射分析和SEM分析，结果表明：烧结后样品的相组成主要为氧化铝、钛、钛的氧化物及少量钛铝金属间化合物。所述实施例1中所得的钛/氧化铝复合材料的相对密度均大于80%，弯曲强度达到180MPa以上。本专利技术为一种较佳的无压烧结钛/氧化铝复合材料的方法，任何在本专利技术的原理和精神实质下所做的改变、修饰、重复等均为等效替换，都包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无压制备钛/氧化铝复合材料的方法，其特征在于：（1）将湿法混合后的钛粉和氧化铝粉利用电动压片机预压制成型块体； (2) 将块体真空封装后放到冷等静压机里进一步压制成型；（3）将制备的钛/氧化铝块体在无压气氛下烧结。

【技术特征摘要】
1.一种无压制备钛/氧化铝复合材料的方法，其特征在于：（1）将湿法混合后的钛粉和氧化铝粉利用电动压片机预压制成型块体；(2)将块体真空封装后放到冷等静压机里进一步压制成型；（3）将制备的钛/氧化铝块体在无压气氛下烧结。2.如权利要求1所述的钛/氧化铝复合材料，其原材料配比为：40vol%钛，60vol%氧化铝，浓度17%聚乙烯醇，无水乙醇（99.99%）；其中钛粉粒径为20μm，氧化铝粉粒径为30nm；烧结气氛为氩气（99.99%）。3.如权利要求1、2，干燥温度60...

【专利技术属性】
技术研发人员：张柳，王志，李庆刚，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37