本发明专利技术涉及一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。采用燃烧合成化学反应法与热压技术，制备原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铝或铝合金基复合材料，原位反应合成的TiC陶瓷颗粒的尺寸在100纳米以下，重量百分比含量在3-30。其制备方法为：1)将反应物粉料按照一定比例混合制坯；2)先后在滚筒式球磨机内和研钵中混合均匀；3)在室温下压制成反应预制块；4)将装有预制块的石墨模具放入一带有液压装置的真空/气氛保护的燃烧反应炉中引发燃烧反应。一旦燃烧反应发生，立即对预制块施加40±5MPa的轴向压力，保压30～40秒后随炉冷却至室温，即合成纳米TiC陶瓷颗粒增强纯铝或铝合金基复合材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新型颗粒增强金属基复合材料应用领域，尤其是涉及一种新的原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铝或铝合金基复合材料的制备方法。即增强相纳米TiC颗粒的重量百分比含量为3-30，基体纯铝或铝合金的重量百分比含量为97-70，铝合金为A1-3 6Cu、 A1-5 13Si 或 A1-1. 0 5. 5Mg。
技术介绍
随着我国航空航天、国防、工业等领域的高速、可持续发展，对材料综合性能的要求越来越高。由于陶瓷-金属基复合材料能够将金属良好的导热、导电及好的塑性与陶瓷的耐高温、耐磨损及耐腐蚀性有效的结合起来，因而得到了广泛关注。通常来讲，作为增强相的陶瓷颗粒的尺寸越小，则增强效果越好。因此，制备纳米尺寸，即小于100纳米的陶瓷颗粒增强金属基复合材料已经成为复合材料一个重要发展的方向。然而目前，世界上未见关于采用燃烧合成化学反应法与热压技术，制备原位纳米TiC陶瓷颗粒增强纯铝或铝合金基复合材料制备方法的报道。尤其是采用碳纳米管作为燃烧合成纳米TiC陶瓷颗粒碳源的报道。采用燃烧合成化学反应法与热压技术，制备原位纳米TiC陶瓷颗粒增强纯铝或铝合金基复合材料制备方法与外加纳米TiC陶瓷颗粒的粉末冶金法、搅拌铸造法、无压或压力侵渗法、挤压铸造法等方法相比，具有如下诸多优点纳米TiC陶瓷颗粒不需要单独制备、其表面纯净、与基体的界面结合强度高、分布均勻、基体杂质含量少等。
技术实现思路
目前，世界上采用Al-Ti-C体系，碳源采用传统的石墨或碳黑，通过燃烧合成化学反应法与热压技术，制备的原位TiC陶瓷颗粒增强铝基复合材料的TiC陶瓷颗粒尺寸一般在1-5微米，其重量百分比在50以上。做不到TiC陶瓷颗粒尺寸小于100纳米，重量百分比含量在3-30。本专利技术的目的是提供一种新的原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。制备的原位TiC陶瓷颗粒增强纯铝或铝合金基复合材料的TiC陶瓷颗粒尺寸在 100纳米以下，重量百分比含量在3-30。其技术关键是采用燃烧合成化学反应法与热压技术，制备原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铝或铝合金基复合材料的Al-Ti-C燃烧合成化学反应体系的碳源，首次采用碳纳米管取代传统的石墨或碳黑。实现采用燃烧合成化学反应法与热压技术，制备的原位TiC陶瓷颗粒增强铝基复合材料的TiC陶瓷颗粒尺寸在100纳米以下，重量百分比含量在3-30。本专利技术的技术方案是采用燃烧合成化学反应法与热压技术，制备原位纳米TiC 陶瓷颗粒增强铝基复合材料，原位反应合成的TiC陶瓷颗粒的尺寸在100纳米以下，其重量百分比含量在3-30。其制备方法与工艺步骤1)反应体系纯铝-钛-碳纳米管；招合金-钛-碳纳米管铝合金包括A1-3 6Cu、A1-5 13Si 或 A1-1. 0 5. 5Mg其中，反应用Al粉、Ti粉、Cu粉、Si粉和Mg粉的粒度均为48微米，而碳纳米管的长度约为30微米，直径为20-30纳米。2)反应物压坯的制备步骤1 配料取Ti粉，碳纳米管，和铝或铝合金中对应元素的粉料配料。其中， 钛和碳纳米管的比例按摩尔比为1 1，基体铝或铝合金含量重量百分比为70 97。步骤2混料将配好的粉料在滚筒式球磨机内混合6 8小时，随后将混合后的粉末在研钵中手混15 20分钟使粉末混合均勻。步骤3压制成型取混合后的粉料放入模具中，在室温下压制成直径为观士0. 5 毫米、高度为40-50毫米的圆柱形反应预制块，预制块密度为混合粉料理论密度的 70士5. 0%o步骤4 纳米TiC陶瓷颗粒增强纯铝或铝合金基复合材料的制备将预制块放入石墨模具中，然后在预制块上端部位放入一高强度石墨压杆。将装有预制块的石墨模具放入一带有液压装置的氩气气氛保护的燃烧反应炉中以40度每分钟的升温速率将预制块加热至800 1000摄氏度，引发燃烧反应。一旦燃烧反应发生，立即对预制块施加40士5. OMPa 的轴向压力，保压30 40秒后随炉冷却至室温，制备出纳米TiC陶瓷颗粒增强纯铝或铝合金基复合材料。本专利技术与目前已有的技术相比具有以下特点1)在燃烧合成反应过程中，使用碳纳米管作为碳源；2)在Al或Al合金基体重量百分比含量高达70-97时，TiC合成反应仍然可以进行并且产物纯净；3)纳米TiC原位生成，不需要单独制备；4)陶瓷颗粒表面纯净，与基体的界面结合强度高；5)纳米TiC陶瓷颗粒在基体中分布均勻；6)基体杂质含量少。附图说明图1是实施例1成分TiC增强Al基复合材料中纳米TiC颗粒的场发射扫描电子显微镜照片图2是实施例1成分TiC增强Al基复合材料的X射线分析图3是实施例4成分TiC增强A1-5CU基复合材料中纳米TiC颗粒的场发射扫描电子显微镜照片图4是实施例4成分TiC增强A1-5CU基复合材料的X射线分析图5是实施例5成分TiC增强Al_9Si基复合材料中纳米TiC颗粒的场发射扫描电子显微镜照片图6是实施例5成分TiC增强Al_9Si基复合材料的X射线分析图7是实施例6成分TiC增强A1-1. 25Mg基复合材料中纳米TiC颗粒的场发射扫描电子显微镜照片图8是实施例6成分TiC增强A1-1. 25Mg基复合材料的X射线分析具体实施例方式以下通过实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1制备按重量百分比组分组成为TiC28、A172的纳米TiC陶瓷颗粒增强铝基复合材料。取Al粉，Ti粉，碳纳米管配料。其中，Al粉，Ti粉和碳纳米管的比例按重量比为 72 22.4 5.6。将配好的粉料在滚筒式球磨机内混合6 8小时，随后将混合后的粉末在研钵中手混15 20分钟使粉末混合均勻。取适当混合后的粉料放入模具中，在室温下压制成直径为观士0. 5毫米、高度为40 50毫米的圆柱形反应预制块，预制块密度为混合粉料理论密度的70 士 5. 0 %。将预制块放入石墨模具中，然后在预制块上端部位放入一高强度石墨压杆。将装有预制块的石墨模具放入一带有液压装置的真空/气氛保护的燃烧反应炉中以40度每分钟的升温速率将预制块加热至800 1000摄氏度，引发燃烧反应。一旦燃烧反应发生，立即对预制块施加40士5. OMPa的轴向压力，保压30 40秒后随炉冷却至室温。X射线结果表明产物纯净，而场发射结果表明其中生成的TiC颗粒的尺寸约为90纳米。实施例2制备按重量百分比组分组成为TiC24、A176的纳米TiC陶瓷颗粒增强铝基复合材料。取Al粉，Ti粉，和碳纳米管配料。其中，Al粉，Ti粉和碳纳米管的比例按重量比为76 19.2 4.8。其制备方法同实施例1。X射线结果表明产物纯净，而场发射结果表明其中生成的TiC颗粒的尺寸约为70纳米。实施例3制备按重量百分比组分组成为TiC20、A180的纳米TiC陶瓷颗粒增强铝基复合材料。取Al粉，Ti粉，和碳纳米管配料。其中，Al粉，Ti粉和碳纳米管的比例按重量比为80 16 4。其制备方法同实施例1。X射线结果表明产物纯净，而场发射结果表明其中生成的TiC颗粒的尺寸约为50纳米。实施例4制备按重量百分比组分组成为TiC15、Al_5Cu合金基体85的纳米TiC陶瓷颗粒增强铝合金基复合材料。取Al粉，Ti粉，Cu粉，和碳纳米管配料。其中，Al粉，Cu粉，Ti粉和碳纳米管的比例按重量比为80. 75 4.25 12本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种原位纳米ＴｉＣ陶瓷颗粒增强铝或铝合金基复合材料，其特征在于，利用燃烧合成化学反应法与热压方式，原位制备出ＴｉＣ陶瓷颗粒尺寸为小于１００纳米，其重量百分比含量３－３０的铝或铝合金基复合材料。
【技术特征摘要】
1.一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铝或铝合金基复合材料，其特征在于，利用燃烧合成化学反应法与热压方式，原位制备出TiC陶瓷颗粒尺寸为小于100纳米，其重量百分比含量3-30的铝或铝合金基复合材料。2.如权利要求1所述的一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铝或铝合金基复合材料的制备方法，其特征在于，工艺步骤为1)反应体系纯铝-钛-碳纳米管；铝合金-钛-碳纳米管铝合金包括A1-3 6Cu、A1-5 13Si或A1-1. 0 5. 5Mg其中，反应用Al粉、Ti粉、Cu粉、Si粉和Mg粉的粒度均为48微米，而碳纳米管的长度约为30微米，直径为20-30纳米。2)反应物压坯的制备步骤1 配料取Ti粉，碳纳米管，和铝或铝合金中对应元素的粉料配料。其中，钛和碳纳米管的比例按摩尔比为1 1，基体铝或铝合金含量重量百分比为70 97。步骤2混料将配好的粉料在滚筒式球磨机内混合6 8小时，随后将混合后的粉末在研钵中手混15 20分钟使粉末混合均勻。步骤3 压制成型取混合后的粉料放入模具中，在室温下压制成直径为观士0. 5 ...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜启川，靳慎豹，沈平，王慧远，周东帅，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82
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