碳纤维增强Ti制造技术

本发明专利技术提供一种碳纤维增强Ti

【技术实现步骤摘要】
碳纤维增强Ti3SiC2复合材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料
，特别涉及一种碳纤维增强Ti3SiC2复合材料及其制备方法。
技术介绍
Ti3SiC2作为一种具有优良性能的可加工陶瓷材料复合材料，通过与第二相的复合制备的Ti3SiC2基复合材料不仅保留了原有的抗腐蚀性、抗氧化性和高强稳定性等优点，而且还克服了Ti3SiC2单一材料的某些缺点，如：低硬度、抗氧化性和强度等。虽然Ti3SiC2基复合材料的优异性能使其受到了广泛研究。然而在改善和优化Ti3SiC2基复合材料摩擦磨损性能仍然成为了相关工作者研究的重点。在Ti3SiC2复合材料的研究中，祝志伟以表面镀TiC碳纤维(CFs)和Ti3SiC2为原料，通过放电等离子方法制备了CFs-Ti3SiC2复合材料，并研究了CFs含量(0-10wt.％)对复合材料摩擦磨损性能的影响。实验得出，摩擦系数基本稳定在0.72-0.97之间，而磨损率随着CFs含量的增加，呈现先增高后降低的趋势。在CFs含量为CFs(8wt.％)的复合材料块体的磨损率最小，为9.47×10-5mm3(Nm)-1。相比纯Ti3SiC2提高了两个数量级，提升约为9461.9％。虽然具有优良的摩擦学性能，但由于表面镀TiC碳纤维技术较为复杂，制备成本较高[祝志伟.碳纤维、碳纳米管增强Ti3SiC2复合材料的制备与摩擦学研究.硕士学位论文，武汉理工大学，2012]。李鹏涛以碳纤维、石墨、炭黑、碳化硅、碳化钛、钛硅碳为原料，通过CVI沉积、浸渍、固化处理制备了Ti3SiC2相碳纤维增强陶瓷基体复合材料，其密度在0.5-0.7g/cm3之间，摩擦系数在0.26-0.34之间，摩擦稳定系数在0.61-0.76之间。但同样存在制备复合材料方法较为复杂，成本较高局限了该材料的应用与推广[李鹏涛.一种含Ti3SiC2相的炭纤维增强陶瓷基体摩擦材料及其制备方法.CN107010985A.湖南楷博新材料科技有限公司.2017年1月4日，公开]。综上所述，目前在关于碳纤维增强Ti3SiC2复合材料的研究中，虽然有些碳纤维增强Ti3SiC2复合材料能够增强复合材料的摩擦性能，但制备材料成本普遍较高，大大局限了Ti3SiC2复合材料的推广及应用。为制备具有良好力学性能、摩擦性能且性价比较高的Ti3SiC2复合材料。本专利所制备的Ti3SiC2复合材料不仅具有密度低、硬度大、较低摩擦系数以及较低磨损率的良好性能，而且制备成本较低、经济性价比较高。
技术实现思路
为解决现有技术的问题，本专利技术提供一种碳纤维增强Ti3SiC2复合材料及其制备方法，不仅操作简单、制备周期短，经济性价比较高。同时，制得的碳纤维增强Ti3SiC2复合材料不仅在室温条件下具有较低的摩擦系数和磨损率，而且具有高承载、高强度等性能，适用于批量化生产恶劣工况下的摩擦片等减摩抗磨材料。本专利技术采用的技术方案为：一种碳纤维增强Ti3SiC2复合材料的制备方法，其包括以下步骤：S1：碳纤维与Ti3SiC2混合原料粉末的制备将Ti3SiC2粉末与碳纤维进行球磨，得到碳纤维与Ti3SiC2混合粉末，其中，磨球、粉料质量比为2:1-10:1；球磨机转速为200-400r/min；球磨时间为2-4h，每30min停机1min，交替运行；S2：碳纤维与Ti3SiC2混合粉末的预处理将步骤S1制备的碳纤维与Ti3SiC2混合粉末预压成型，压力为200-400MPa，保压时间为10-30s，得到预压块；然后，将预压块于50℃烘干2h；S3：热压真空-保护气氛烧结将步骤S2得到的预压块进行热压真空-保护气氛烧结，烧结压力30-50MPa，真空度为40Pa，烧结温度为1000-1800℃，保温5-90min，制得碳纤维增强Ti3SiC2复合材料。优选地，在步骤S1和S2的球磨过程中，采用的磨球为大球和小球，大球直径为8mm，小球直径为5mm；大球与小球的质量比为7:3。优选地，在步骤S3中，以10-50℃/min的升温速率加热到烧结温度1000-1800℃。优选地，在步骤S3中，烧结结束后，随炉冷却至室温，再用砂纸打磨，制得碳纤维增强Ti3SiC2复合材料。一种碳纤维增强Ti3SiC2复合材料，其制备原料包括碳纤维和Ti3SiC2基体，所述碳纤维占总质量的5-30wt.％，余量为Ti3SiC2粉末。优选地，所述碳纤维的纯度为97％，长度为7mm，直径为3μm。优选地，所述Ti3SiC2粉末的粒度为50-400目。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1)、采用Ti3SiC2作为基体，以碳纤维作为增强材料，使得制备的复合材料具有低密度、高硬度；2)、制备的碳纤维增强Ti3SiC2复合材料不仅具有高承载、高强度、耐高温性能，并且有效挥润滑作用，提高其自润滑性能，更适用于制作恶劣工况下的摩擦片等耐磨材料；3)、采用热压真空-保护气氛制备的碳纤维增强Ti3SiC2复合材料，具有简单、方便，经济性价比较高的特点。附图说明图1为复合材料的制备方法框图。具体实施方式下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。下述实施例中碳纤维纯度为97％，长度为7mm，直径为3μm；Ti3SiC2粉末的粒度为50-400目。实施例1首先，将325目Ti3SiC2粉末放入球磨罐中；然后，添加碳纤维，添加量为20wt.％。在球磨罐中放入磨球，其中，大球直径8mm，小球直径5mm；大、小球质量比为7:3。磨球、粉料质量比为8:1。球磨机转速为300r/min；球磨时间为4h；每30min停机1min；并正反转交替运行，得到碳纤维与Ti3SiC2混合原料粉末。其次，将碳纤维与Ti3SiC2混合原料粉末预压成型。压力为300MPa，保压时间为30s；然后，将预压块于50℃烘干2h；最后，将预压块进行热压真空-保护气氛烧结。最后，采用热压真空-保护气氛烧结制备碳纤维增强Ti3SiC2复合材料。烧结温度为1200℃；升温速率30℃/min；烧结压力30MPa；真空度为40Pa；保温30min。随炉冷却至室温，取样。用砂纸打磨去除烧结体表面残留的杂质，制得碳纤维增强Ti3SiC2复合材料。实施例2首先，将325目Ti3SiC2粉末放入球磨罐中；然后，添加碳纤维，添加量为20wt.％。在球磨罐中放入磨球，其中，大球直径8mm，小球直径5mm；大、小球质量比为7:3。磨球、粉料质量比为8:1。球磨机转速为300r/min；球磨时间为4h；每30min停机1min；并正反转交替运行，得到碳纤维与Ti3SiC2混合原料粉末。其次，将碳纤维与Ti3SiC2混合原料粉末预压成型。压力为300MPa，保压时间为30s；然后，将预压块于50℃烘干2h；最后，将预压块进行热压真空-保护气氛烧结。最后，采用热压真空-保护气氛烧结制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维增强Ti

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维增强Ti3SiC2复合材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1：碳纤维与Ti3SiC2混合原料粉末的制备：
将Ti3SiC2粉末与碳纤维进行球磨，得到碳纤维与Ti3SiC2混合粉末，其中，磨球、粉料质量比为2:1-10:1；球磨机转速为200-400r/min；球磨时间为2-4h，每30min停机1min，交替运行；
S2：碳纤维与Ti3SiC2混合粉末的预处理：
将步骤S1制备的碳纤维与Ti3SiC2混合粉末预压成型，压力为200-400MPa，保压时间为10-30s，得到预压块；然后将预压块于50℃烘干2h；
S3：热压真空-保护气氛烧结：
将步骤S2得到的预压块进行热压真空-保护气氛烧结，烧结压力30-50MPa，真空度为40Pa，烧结温度为1000-1800℃，保温5-90min，制得碳纤维增强Ti3SiC2复合材料。


2.根据权利要求1中所述的碳纤维增强Ti3SiC2复合材料的制备方法，其特征在于，在步骤S1和S2的球磨过程中，采用的磨球为大球和小球，大球直径为8mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳国，邹芹，王明智，赵玉成，娄志超，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13