一种热等静压烧结C制造技术

本发明专利技术涉及金属间化合物层状复合材料技术领域，公开了一种热等静压烧结C

A hot isostatic pressing sintering C

【技术实现步骤摘要】
一种热等静压烧结C
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/Al
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Al/Al3Ti层状复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于金属间化合物层状复合材料
，本专利技术涉及一种热等静压烧结C
f
/Al
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Al/Al3Ti层状复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天、装甲防护、高速运输等高新
对材料轻量化的不断需求，Ti
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Al系金属间化合物由于兼具低密度、高比强度、高比模量等优点越来越受到人们的关注，具有广阔的应用前景。在Ti
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Al系金属间化合物中，Al3Ti合金由于具有最低的密度(3.36g/cm3)、最高的弹性模量(216GPa)、较高的熔(1360℃)以及优异的高温抗氧化能力等优点，是最具潜力的轻质高强材料。但是，由于其稳定的四方D022型晶体结构，在室温下滑移系严重缺失，展现出了很强的室温脆性特征，严重限制了其工程应用。
[0003]近年来人们发展了以Al3Ti为基体，由高强度钛合金(Ti
‑
6Al
‑
4V)增强的Ti/Al3Ti层状复合材料。其利用金属间化合物提供高温强度和蠕变抗力，利用韧性金属改善金属间化合物的脆性，使这类层状复合材料具有优异的性能。由于金属间化合物基层状复合材料具有独特的叠层结构和特殊的失效形式，使其除了具有高强度、高模量、低密度的优异性能，还具有强大的吸收冲击功的能力。因此，金属间化合物基层状复合材料除了用作高温结构材料以外，国外发达国家已考虑将这种新型的结构材料用于航空、航天、武器装备及地面军用车辆的装甲防护系统，并开展了相应的理论基础和应用基础研究。
[0004]目前为止，已有合金化强韧化方法和复合化强韧化方法可有效改善Al3Ti合金的室温塑性变形能力。其中，合金化强韧化方法旨在通过向二元的Al3Ti合金中添加第三元素使其发生结构变异进行强韧化，得到的新型Al3Ti合金在室温下展现出了一定的塑性变形特征，并且含Cr、Mn合金元素的变异合金在弯曲实验中甚至展现出了一定的弯曲韧性。然而第三元素的添加却提升了Al3Ti合金的密度，降低了其比强度、比模量以及熔点。此外，合金化方法往往需要对粉体进行高能球磨、预制坯体、热压/铸造、后期均匀化处理等一系列工艺，制备过程较为复杂。复合化强韧化方法是在Al3Ti金属间化合物中引入韧性金属Ti层作为增强体，形成Ti/Al3Ti层状复合材料，保持了Al3Ti基体的D022型晶体结构，在裂纹扩展过程中可有效起到裂纹偏转、裂纹钝化、裂纹桥联、内应力重分布等强韧化作用机制，有效提升Al3Ti合金的断裂韧性，并且其压缩、拉伸应力
‑
应变曲线均展现出了较为理想的塑性变形特征，是一种十分理想的新型轻质高强结构材料，拓展了Al3Ti合金的工程应用前景。然而，韧性金属Ti层的引入虽然可以显著提升整体材料的室温塑性变形能力，但是在Ti与Al3Ti的界面处，过量的Ti易与Al形成脆性较强的Ti3Al中间相。因此，在变形过程中，裂纹总是优先在Al3Ti层以及Ti/Al3Ti界面出萌生、扩展，表明Al3Ti基体的本征脆性变形特征仍未被改变。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种热等静压烧结C
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/Al
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Al/Al3Ti层状复
合材料的制备方法，解决现有制备方法所得复合材料具有室温脆性大、界面强度差、易产生裂纹和扩散等问题。
[0006]本专利技术的上述目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种热等静压烧结C
f
/Al
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Al/Al3Ti层状复合材料，包括编织纤维C
f
/Al复合材料层、Al/Al3Ti金属间化合物复合材料层；编织纤维C
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/Al复合材料层包括若干层周期性交替排列的纤维布、铝箔/板；Al/Al3Ti金属间化合物复合材料层包括若干层周期性交替排列的铝箔/板、钛箔/板。
[0008]上述一种热等静压烧结C
f
/Al
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Al/Al3Ti层状复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]S1.根据复合材料的面密度要求，设计编织纤维C
f
/Al复合材料层中纤维布、铝箔/板的厚度和层数，设计Al/Al3Ti金属间化合物复合材料层中铝箔/板、钛箔/板的厚度和层数；
[0010]S2.将步骤S1中的纤维布、铝箔/板、钛箔/板等材料均裁剪成相同的设计尺寸，然后经处理后按一定的顺序进行排列，将排列好的材料装入低碳钢包套中，然后将包套抽成高真空后将抽气管压扁并封口，最后将包套放入热等静压炉中进行热压烧结，即得C
f
/Al
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Al/Al3Ti层状复合材料。
[0011]进一步的，步骤S1中所述的复合材料的面密度为18～32kg/m2。
[0012]进一步的，步骤S1中所述的纤维布为碳纤维、玻璃纤维或其它耐高温纤维的编织材料中的任一种，厚度为0.1～2mm；铝箔/板为纯铝的箔材或板材，厚度为0.1～4mm；钛箔/板为纯钛或钛合金(Ti
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6Al
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4V)的箔材或板材，厚度为0.1～2mm。其中纯铝的纯度为≥99.5％；纯钛的纯度为≥99.5％。
[0013]进一步的，步骤S1中，编织纤维C
f
/Al复合材料层中纤维布、铝箔/板的层数为4～15层；Al/Al3Ti金属间化合物复合材料层中铝箔/板、钛箔/板的层数为4～15层。
[0014]进一步的，步骤S2中的经处理为裁剪所得的铝箔和钛箔用1500目砂纸打磨后，接着分别放入去离子、无水乙醇中进行超声处理30min，然后自然晾干后放入真空干燥箱中50℃下烘干；裁剪所得的纤维布分别放入去离子、无水乙醇中进行超声处理30min，然后自然晾干后放入真空干燥箱中50℃下烘干。
[0015]进一步的，步骤S2中所述的按一定的顺序进行排列是钛箔/板和铝箔/板呈周期性交替排列，接着按纤维布和铝箔/板呈周期性交替排列，然后将两组排列的材料叠加在一起，最后在铝箔/板外层排列加一层钛箔/板。
[0016]进一步的，所述低碳钢指含碳量低于0.35％的普通钢，所述包套是根据样品的尺寸确定一个全封闭式普通钢壳，要求包套内部与样品间的缝隙小于1mm。所述包套抽成高真空是指包套内压力小于5
×
10
‑
3Pa。
[0017]进一步的，步骤S2中所述的抽气管压扁并封口是指在包套内抽真空达到所要求的的真空度后，先用乙炔火焰、丁烷火焰、电磁感应线圈等加热手段将包套附近的抽气管加热至软化，然后用液压钳在加热软化的抽气管上压扁3
‑
4道压痕进行密封，最后将压扁后的抽气管端头用无齿锯切割掉，立即用氩弧焊机将锯掉的端口焊接，防止大气中的空气进入包套中。
[0018]进一步的，步骤S2中所述热等静本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热等静压烧结C
f
/Al
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Al/Al3Ti层状复合材料的制备方法，其特征在于：包括下列步骤：S1.根据复合材料的面密度要求，设计编织纤维C
f
/Al复合材料层中纤维布、铝箔/板的厚度和层数，设计Al/Al3Ti金属间化合物复合材料层中铝箔/板、钛箔/板的厚度和层数；S2.将步骤S1中的纤维布、铝箔/板、钛箔/板等材料均裁剪成相同的设计尺寸，然后经处理后按一定的顺序进行排列，将排列好的材料装入低碳钢包套中，然后将包套抽成高真空后将抽气管压扁并封口，最后将包套放入热等静压炉中进行热压烧结，即得C
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/Al
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Al/Al3Ti层状复合材料。2.根据权利要求1所述的C
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/Al
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Al/Al3Ti层状复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述的复合材料的面密度为18～32kg/m2。3.根据权利要求2所述的C
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/Al
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Al/Al3Ti层状复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述的纤维布为碳纤维、玻璃纤维或其它耐高温纤维的编织材料中的任一种，厚度为0.1～2mm；铝箔/板为纯铝的箔材或板材，厚度为0.1～4mm；钛箔/板为纯钛或钛合金(Ti
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6Al
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4V)的箔材或板材，厚度为0.1～2mm。4.根据权利要求3所述的C
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/Al
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Al/Al3Ti层状复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，编织纤维C
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/Al复合材料层中纤维布、铝箔/板的层数为4～15层；Al/Al3Ti金属间化合物复合材料层中铝箔/板、钛箔/板的层数为4～15层。5.根据权利要求4所述的C
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/Al
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Al/Al3Ti层状复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中的经处理为裁剪所得的铝箔和钛箔用1500目砂纸打磨后，接着分别放入去离子、无水乙醇中进行超声处理30min，然后自然晾干后放入真空干燥箱中50℃下烘干；裁剪所得的纤维布分别放入去离子、无水乙醇中进行超声处理30min，然后自然晾干后放入真空干燥箱中50℃下烘干。6.根据权利要求5所述的C
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘旭东，朱庆宣，孙旭东，王兴安，惠宇，那兆霖，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：