一种核壳结构的钛基复合粉末及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及用于钛基复合材料技术领域，特别涉及一种核壳结构的钛基复合粉末及其制备方法和应用。该钛基复合材料的制备方法包括如下步骤：步骤一：将钛金属粉末和陶瓷粉末混合均匀，得到混合物，其中，所述陶瓷粉末的粒径小于所述钛金属粉末的粒径；步骤二：将所述混合物进行加热处理，使混合物的温度升高至预设温度，所述预设温度为使钛金属粉末和陶瓷发生原位自生反应的温度；步骤三：在所述预设温度下对所述混合物进行保温处理后，得到具有核壳结构的所述钛基复合粉末。本发明专利技术提供了一种核壳结构的钛基复合粉末及其制备方法，该钛基复合粉末能够应用于增材制造技术制备钛基复合材料。料。料。

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构的钛基复合粉末及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及用于钛基复合材料
，特别涉及一种核壳结构的钛基复合粉末及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钛基复合材料具有高比强度、耐高温等优异性能，是应用于航空航天
的重要材料，如采用钛基复合材料制备飞行器的零部件。增材制造技术是将粉末原料一体化成型的制造技术，是目前制备钛基复合材料零部件的主要技术手段。
[0003]现有相关技术中，利用增材制造技术制备钛基复合材料的方法主要有如下三种：(1)先将钛金属粉末和细小的增强体粉末混合均匀，使陶瓷粉末分布在钛金属粉末颗粒的表面，然后利用增材制造技术制作钛基复合材料，但分布在钛金属表面的陶瓷与钛金属的结合强度弱，送粉过程中陶瓷容易脱落，进而影响制得的钛基复合材料的微观结构和性能。此外，在增材制造的过程中，陶瓷粉末和钛金属粉末会发生原位自生反应，该反应为放热反应，造成局部热应力增大，进而增加钛基复合材料的开裂风险。(2)先利用热压烧结或熔铸法将钛金属和陶瓷加工成钛基复合材料棒，然后利用气雾化制粉技术或旋转电极制粉技术将上述钛基复合材料棒加工成钛基复合粉末，再利用增材制造技术将钛基复合粉末制成钛基复合材料。该方法制得的钛基复合粉末质量高，性能好，并且，由于制作钛基复合粉末的过程中发生了原位自生反应，使后续增材制造钛基复合材料的过程中不会发生原位自生反应，也就避免了由该反应引起的热应力问题。但该方法制备工艺复杂，周期长，成本高。(3)利用两套送粉系统分别将钛金属粉末和陶瓷粉末送入熔池，直接利用增材制造技术制备钛基复合材料。但该方法容易造成两种粉末混合不均匀，反应不充分，从而使制得的钛基复合材料内部产生缺陷，微观结构差，性能差。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种核壳结构的钛基复合粉末及其制备方法和应用，能够提供一种核壳结构的钛基复合粉末及其制备方法，该钛基复合粉末应用于增材制造技术制备钛基复合材料。
[0005]第一方面，一种核壳结构的钛基复合粉末的制备方法，包括：
[0006]步骤一：将钛金属粉末和陶瓷粉末混合均匀，得到混合物，其中，所述陶瓷粉末的粒径小于所述钛金属粉末的粒径；
[0007]步骤二：将所述混合物进行加热处理，使混合物的温度升高至预设温度，所述预设温度为使钛金属粉末和陶瓷发生原位自生反应的温度；
[0008]步骤三：在所述预设温度下对所述混合物进行保温处理后，得到具有核壳结构的所述钛基复合粉末。
[0009]优选地，在步骤一中，所述钛金属粉末为纯钛粉末、TC4钛合金粉末或TA15钛合金粉末，所述陶瓷粉末为石墨粉末、TiB2粉末或B4C粉末。
[0010]优选地，在步骤一中，所述钛金属粉末的粒径为50～200μm，所述陶瓷粉末的粒径为0.5～8μm。
[0011]优选地，在步骤一中，包括：
[0012]将所述钛金属粉末和所述陶瓷粉末在氩气气氛中进行球磨处理3～6h，所述球磨处理的转速为150～250r/min，球料比为(2～6):1。
[0013]优选地，所述球磨处理的球磨罐和磨球均采用硬质合金制成。
[0014]优选地，在步骤一中，在所述球磨处理后，将得到的混合物在氩气气氛中进行静置处理，所述静置处理的时间大于5h。
[0015]优选地，在步骤二中，所述加热处理在真空环境下进行，所述真空环境的真空度为1
×
10
‑3～1
×
10
‑2Pa，所述预设温度为700～1100℃。
[0016]优选地，在步骤三中，所述保温处理在真空环境下进行，所述真空环境的真空度为1
×
10
‑3～1
×
10
‑2Pa，所述保温处理的处理时间为0.5～2h。
[0017]第二方面，本专利技术提供一种核壳结构的钛基复合粉末，采用上述第一方面中任一所述的制备方法制备得到。
[0018]优选地，所述钛基复合材料中增强相的体积分数为1～10vol.％。
[0019]第三方面，本专利技术提供一种核壳结构的钛基复合粉末的应用，所述钛基复合粉末为上述第二方面所述的钛基复合粉末，所述钛基复合粉末应用于采用增材制造技术制备钛基复合材料。
[0020]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：
[0021]在本专利技术中，先将钛金属粉末和陶瓷粉末混合均匀，使细小的陶瓷粉末均匀地包裹在钛金属粉末的颗粒表面，得到具有陶瓷包裹钛金属结构的混合物。将混合物进行加热处理，使温度达预设温度，在该预设温度下，陶瓷和钛金属发生原位自生反应，钛金属颗粒表面的钛元素开始与包裹在其表面的陶瓷反应生成增强相。在该预设温度下对混合物进行保温处理，为陶瓷和钛金属发生的原位自生反应提供充足的反应时间，让该反应进行的更加充分，使包裹在钛金属颗粒表面的陶瓷完全反应形成增强相，增强相包裹在钛金属颗粒表面形成核壳结构，从而得到具有核壳结构的钛基复合粉末。
[0022]在本专利技术中，由于增强相是直接在钛金属颗粒表面反应生成，所以，增强相和钛金属颗粒的界面结合强度高，不易脱落。此外，由于本专利技术提供的核壳结构的钛基复合粉末已经在制备时发生原位自生反应，所以，利用该核壳结构的钛基复合粉末采用增材制造技术制备钛基复合材料时，不会发生原位自生反应，从而避免了增材制造钛基复合材料的过程中出现局部热应力增大的问题，进而使制得的钛基复合材料的性能好、不易开裂。
[0023]在本专利技术中，只需将钛金属粉末和陶瓷粉末混合均匀后进行加热保温处理即可得到核壳结构的钛基复合粉末，该方法的制备工艺简单，周期短，成本低。此外，制得的核壳结构的钛基复合粉末球形度高，流动性好，可通过调整钛金属粉末和陶瓷粉末的种类、粒径和质量比，来调整粉末的种类、大小和增强相的含量，本专利技术提供的钛基复合粉末适合用于增材制造技术。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1是本专利技术实施例2提供的一种核壳结构的钛基复合粉末颗粒的剖面电镜图；
[0026]图2是本专利技术实施例2提供的一种核壳结构的钛基复合粉末颗粒的剖面电镜图的局部放大图；
[0027]图3是本专利技术实施例2提供的一种核壳结构的钛基复合粉末颗粒的表面面电镜图；
[0028]图4是本专利技术实施例2提供的一种核壳结构的钛基复合粉末颗粒的表面面电镜图的局部放大图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构的钛基复合粉末的制备方法，其特征在于，包括：步骤一：将球形钛金属粉末和陶瓷粉末混合均匀，得到混合物，其中，所述陶瓷粉末的粒径小于所述钛金属粉末的粒径；步骤二：将所述混合物进行真空加热处理，使混合物的温度升高至预设温度，所述预设温度为使钛金属粉末和陶瓷发生原位自生反应的温度；步骤三：在所述预设温度下对所述混合物进行保温处理后，得到具有核壳结构的所述钛基复合粉末。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤一中，所述钛金属粉末为纯钛粉末、TC4钛合金粉末或TA15钛合金粉末，所述陶瓷粉末为石墨粉末、TiB2粉末或B4C粉末。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤一中，所述钛金属粉末的粒径为50～200μm，所述陶瓷粉末的粒径为0.5～8μm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤一中，包括：将所述钛金属粉末和所述陶瓷粉末在氩气气氛中进行球磨处理3～6h，所述球磨处理的转速为150～250r/min，球料比为(2～6):1；优选地，所述球磨处理的球磨罐和磨球均采用硬质合金制成。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤一中，在所述球磨处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：安琦，黄陆军，王帅，张芮，王存玉，陈润，孟凡超，耿林，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：