一种石墨烯增强钛基复合材料的制备方法与流程

本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种石墨烯增强钛基复合材料及其制备的新方法。

背景技术：

钛合金是继合金钢和金属铝后，又一崛起的新金属，它的许多优异特性，是迄今发现的其他金属所不具备的，钛的比重小，强度高，是理想的航空航天用材料，钛基复合材料以其高的比强度、比刚度和抗高温特性而成为超高音速宇航飞行器和下一代先进航空发动机的候选材料。而石墨烯与其他增强体相比有很多优越的性能，其密度低，可满足复合材料轻质的要求；其弹性模量很高，对复合材料的力学性能提升有很大的促进作用，且石墨烯热导率、电子迁移速率高，同时其热膨胀系数接近Ti6Al4V的热膨胀系数，会减少界面连接缺陷，有利于提高钛合金性能，石墨烯增强钛基复合材料的研究，势必会为航空航天材料的研发提供助力。

技术实现要素：

为了克服技术的不足，本发明的目的在于提供一种新方法，以解决石墨烯钛合金混合粉体分散度差以及减少石墨烯增强钛基复合材料界面缺陷，以制备高分散度石墨烯增强钛基复合材料，以满足航空发动机关键部件的使用要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：1、一种石墨烯增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1) 将5-20g石墨烯纳米片加入无水乙醇中，在500ml无水乙醇中进行超声分散；

2) 在1000g球形钛合金粉末粉末中加入4%的聚乙烯醇进行球磨，后将混合粉体加入到石墨烯纳米片中进行超声波分散；

3) 将分散好的石墨烯钛合金混合粉体进行球磨，球料比为4：1，然后在500℃进行热解反应；

4) 将步骤3）中的混合粉体放入铺有石墨纸的石墨模具中，将石墨模具放入等离子烧结系统中，对混合粉体进行短时快速凝固，并对等离子烧结系统进行抽真空；

5) 将步骤4）中压坯放入不锈钢包套中，将不锈钢包套放入热等静压系统中，进行高压低温烧结，而后保温。

本发明的有益效果在于：

本发明采用表面改性技术和高能湿磨工艺实现石墨烯微片与雾化球形粉末的高分散度混合体制备，采用短时快速凝固技术或高压低温实现石墨烯微片与钛基体之间的有效结合并抑制TiC相生成，解决了石墨烯钛合金混合粉体饭三度差以及减少石墨烯基钛基复合材料界面缺陷，以制备高分散度石墨烯增强钛基复合材料，以满足航空航天发动机关键部件的使用要求。

附图说明

图1为本发明单层石墨烯原子力扫描图片。

图2为本发明用等离子雾化钛合金粉末。

图3为本发明石墨烯包覆钛合金粉末照片。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种石墨烯增强钛基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1. 将5g石墨烯纳米片加入无水乙醇中，在无水乙醇中进行超声分散30min；

2. 将1000g球形钛合金粉末加入4%的聚乙烯醇中进行球磨，后将混合粉体加入到石墨烯纳米片中进行超声波分散30min；

3. 将分散好的石墨烯钛合金混合粉体以400 r/min的转速进行球磨，球料比为4：1，后在500℃进行热解反应；

4 将步骤3）中钛合金混合粉体放入铺有石墨纸的石墨模具中，将石墨模具放入等离子烧结系统中，以200℃/min的加热速率将石墨坩埚加热至1050℃，并在升温过程中对压实的粉体材料施加40MPa的压力，而后，在烧结温度1050℃，烧结压力40MPa的环境中，保温5min，制成压坯。

5. 将压坯放入不锈钢包套中，再将不锈钢包套放入热等静压系统中，直接升温至900℃，并对包套施加130MPa压力，而后保温1h，随炉冷却。

实施例2

一种石墨烯增强钛基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1. 将10g石墨烯纳米片加入无水乙醇中，在无水乙醇中进行超声分散30min；

2. 将1000g球形钛合金粉末加入4%的聚乙烯醇中进行球磨，后将混合粉体加入到石墨烯纳米片中进行超声波分散30min；

3. 将分散好的石墨烯钛合金混合粉体以400 r/min的转速进行球磨，球料比为4：1，后在500℃进行热解反应；

4 将步骤3）中钛合金混合粉体放入铺有石墨纸的石墨模具中，将石墨模具放入等离子烧结系统中，以200℃/min的加热速率将石墨坩埚加热至1050℃，并在升温过程中对压实的粉体材料施加40MPa的压力，而后，在烧结温度1050℃，烧结压力40MPa的环境中，保温5min，制成压坯。

6. 将压坯放入不锈钢包套中，再将不锈钢包套放入热等静压系统中，直接升温至900℃，并对包套施加130MPa压力，而后保温1h，随炉冷却。

实施例3

一种石墨烯增强钛基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1. 将15g石墨烯纳米片加入无水乙醇中，在无水乙醇中进行超声分散30min；

2. 将1000 g球形钛合金粉末加入4%的聚乙烯醇中进行球磨，后将混合粉体加入到石墨烯纳米片中进行超声波分散30min；

3. 将分散好的石墨烯钛合金混合粉体以400 r/min的转速进行球磨，球料比为4：1，后在500℃进行热解反应；

4 将步骤3）中钛合金混合粉体放入铺有石墨纸的石墨模具中，将石墨模具放入等离子烧结系统中，以200℃/min的加热速率将石墨坩埚加热至1050℃，并在升温过程中对压实的粉体材料施加40MPa的压力，而后，在烧结温度1050℃，烧结压力40MPa的环境中，保温5min，制成压坯。

7. 将压坯放入不锈钢包套中，再将不锈钢包套放入热等静压系统中，直接升温至900℃，并对包套施加130MPa压力，而后保温1h，随炉冷却。

实施例4

一种石墨烯增强钛基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1. 将20g石墨烯纳米片加入无水乙醇中，在无水乙醇中进行超声分散30min；

2. 将1000g球形钛合金粉末加入4%的聚乙烯醇中进行球磨，后将混合粉体加入到石墨烯纳米片中进行超声波分散30min；

3. 将分散好的石墨烯钛合金混合粉体以400 r/min的转速进行球磨，球料比为4：1，后在500℃进行热解反应；

4 将步骤3）中钛合金混合粉体放入铺有石墨纸的石墨模具中，将石墨模具放入等离子烧结系统中，以200℃/min的加热速率将石墨坩埚加热至1050℃，并在升温过程中对压实的粉体材料施加40MPa的压力，而后，在烧结温度1050℃，烧结压力40MPa的环境中，保温5min，制成压坯。

将压坯放入不锈钢包套中，再将不锈钢包套放入热等静压系统中，直接升温至900℃，并对包套施加130MPa压力，而后保温1h，随炉冷却。