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一种无压制备钛/氧化铝复合材料的方法.pdf

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一种 压制 氧化铝 复合材料 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910043108

申请日:

20190117

公开号:

CN109570500A

公开日:

20190405

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: B22F3/04;B22F3/10;B22F3/03;C22C1/05;C22C29/12;C22C 主分类号: B22F3/04;B22F3/10;B22F3/03;C22C1/05;C22C29/12;C22C
申请人: 济南大学
发明人: 张柳;王志;李庆刚
地址: 250022 山东省济南市市中区南辛庄西路336号
优先权:
专利代理机构: 37240 代理人: 李茜
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910043108

授权公告号:

法律状态公告日:

20190405

法律状态类型:

公开

摘要

本发明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。

权利要求书

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:40 vol%钛,60 vol%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30 nm;烧结气氛为氩气(99.99%)。 3.如权利要求1、2,干燥温度60℃;造粒:混合粉末与聚乙烯醇质量比为20:1,过100目筛。 4.如权利1要求所述的成型工艺,其特征在于: (1)电动压片机压制压力为30 MPa,保压2 min;(2) 冷等静压机压制压力为300 MPa,保压5 min。 5.如权利要求3所述的排胶工艺,其特征在于:室温至600℃升?#28388;?#24230;为10℃/?#31181;櫻?#22312;600℃时保温30?#31181;印?6.如权利要求1所述的烧结工艺,其特征在于:在无压气氛的碳管炉中进行烧结,升?#28388;?#24230;为10℃/?#31181;櫻?#28903;结温度为1420℃,烧结气氛为氩气,保温时间为1小时。

说明书


一种无压制备钛/氧化铝复合材料的方法
技术领域


本发明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。


背景技术


金属陶瓷复合材料是指由金属相或者合金与陶?#19978;啵?#36890;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?#36763;?#22909;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、?#36879;?#39640;韧性和高延展性等优点,一?#24065;?#26469;在航天领域起到了不可
或缺的作用,同?#24065;?#34987;称为“太空金属?#20445;?#27687;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、?#36879;?#28201;、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?#31354;?#25152;重
视,其优异的力学性能、高温性能、?#36879;?#34432;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。


发明内容


本发明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。


本发明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。其发明的技术工艺流程如下:


本发明提供了一种钛/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?#21152;?#38043;/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。


本发明所述的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?#20445;?#24178;
燥温度60℃。以聚乙烯?#21152;?#38043;/氧化铝粉末以质量比1:20比例混合造粒,过100目筛。


本发明所述的钛/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?#31181;櫻?#20919;等静压机施加压力为300MPa,保压时间5?#31181;印?br>

本发明无压烧结工艺,其特征在于?#21495;?#20307;在氩气气氛的热压炉中进行烧结,室温到
1200℃升?#28388;?#24230;为10/?#31181;櫻?200-1420℃升?#28388;?#24230;为5℃/?#31181;櫻?#20445;温时间为1小时。


本发明相比现有技术的优越性在于:


本工艺制备过程简单,成品?#31579;?#25454;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?#28909;?#21387;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?#21512;啵档?#20102;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/?#31181;櫻?#29699;
磨时间设置为240?#31181;印?#21462;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?#21152;?#38043;/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
?#31181;印?#21462;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?#28388;?br>度设置成10℃/?#31181;櫻?200-1420℃的升?#28388;?#24230;设置为5℃/?#31181;櫻?#22312;1420℃保温60?#31181;印?#38543;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?#26041;?#34892;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。本发明为一种较佳的无压烧结钛/氧化铝复合材料的方法,任何在本发明的原
理和精神实质下所做的改变、修饰、重复等均为等效替换,?#21450;?#21547;在本发明的保护范围之
内。


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