一种钛铝三维通孔结构材料及其制备方法与流程

本发明属于金属间化合物技术领域，涉及一种钛铝三维通孔结构材料及其制备方法，具体是钛粉和铝粉经崁烯固定后烧结得到的钛铝三维通孔材料及其制备方法。

背景技术：

金属间化合物多孔材料是目前正在发展的一种新型高温合金，兼具陶瓷和金属的优点，由于金属间化合物同时具有金属键和共价键，因此具有优异的性能，如低密度、高导热系数、高比强度和比刚度、高温抗氧化、抗酸/碱腐蚀性（热别是600℃以上）等，已经引起了越来越多的关注，是一种具有很大发展潜力的新型多孔材料。目前，对于多孔金属间化合物的研究主要集中在含al的金属间化合物，主要包括ti-al、fe-al系和ni-al系三类。制备多孔材料的重点和难点就是形成均匀的多孔结构，此外，根据不同的性能要求，如何提高孔隙率，控制孔径形状及分布，是需要利用不同的制备工艺，控制不同的参数来实现，同时也要了解孔隙的形成及演化机制。钛铝基金属间化合物是目前研究较多的一类新型高温结构材料，与钛基合金相比有优异的高温性能，与镍基合金相比密度较低，仅为前者的50%，具有广泛的应用前景。钛铝多孔材料有效的解决了高温抗氧化及耐腐蚀性差以及陶瓷多孔材料难以焊接组件化和强度低等技术难题。与其它多孔材料相比，钛铝多孔材料制备工艺简单，成本低，节能环保，在化工行业的进一步应用具有重要的理论意义。

根据查新的结果，制备钛铝三维通孔材料的方法，以及利用崁烯浆料固定钛铝胚体的方法，国内外尚无其它任何相关报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种钛铝三维通孔结构材料及其制备方法，采用该方法可以更加方便快捷的制备钛铝三维通孔材料。

本发明的技术方案是：一种钛铝三维通孔结构材料的制备方法，其特征在于：步骤如下：

（1）将钛粉与铝粉按质量比ti：al=1：1混合均匀得到混合金属粉末；

（2）称取莰烯晶体放置在容器中，并将容器置于60℃水浴保温使崁烯晶体熔化，往熔融崁烯中添加粘结剂聚苯乙烯制得崁烯浆液；然后按崁烯浆液：混合金属粉末=4：1的体积比，将所述混合金属粉末倒入含有崁烯浆料的容器中，并不断搅拌，防止ti颗粒发生沉降；

（3）待上述浆液与混合金属粉末搅拌均匀后，迅速取出容器，用保鲜膜封口（由于莰烯结晶时体积收缩，因此配置的浆料应装满容器），将容器固定在自制旋转辅助工具上，旋转冷却。待崁烯凝固后将坯体脱模取出，放置在通风处，定期称重，直到重量不再减少即莰烯全部挥发为止，得到多孔胚体；

（4）将所述多孔胚体在管式真空炉中进行真空烧结，真空度为6.0×10^-3pa~1.6×10^-2pa，加热速率为4℃/min，烧结温度为1300℃，烧结时间为310min，冷却速率为10℃/min，制得钛铝三维通孔结构金属间化合物。

根据权利要求1所述的一种钛铝三维通孔结构材料的制备方法，其特征在于：所述初始材料钛粉与铝粉为500目纯度99.5%钛，纯度99.85%铝粉。

根据权利要求1所述的一种钛铝三维通孔结构材料的制备方法，其特征在于：搅拌混合物含有80vol%崁烯浆液，20vol%混合金属粉末。

根据权利要求1所述的一种钛铝三维通孔结构材料的制备方法，其特征在于：所述崁烯浆液由崁烯和粘结剂聚苯乙烯组成，其中聚苯乙烯加入量为1wt.%。

一种钛铝三维通孔结构材料，根据权利要求1至4所述任意一种制备方法所制备的钛铝三维通孔结构材料。

本发明所制备的钛铝三维通孔材料具有密度小，抗氧化和耐腐蚀性能高等优点，满足化工行业中过滤具备一定的耐热和耐腐蚀性能的特殊要求，提高了多孔材料的使用寿命和服役范围。

制备得到的钛铝三维通孔材料骨架，具备钛铝合金传统的γ-tial和α2-ti3al两相结构。利用莰烯浆液的挥发制备了具有树枝状三维通孔的多孔钛铝骨架，操作简单，方便，连通的孔隙为应用提供了良好的基体。

在冷却过程中，采用旋转冷却的方式保证崁烯浆液与混合金属粉末的均匀性，孔隙率高且孔隙分布均匀。

附图说明

图1为钛铝三维通孔材料的表面形貌；图2为钛铝三维通孔材料的孔形貌；图3为钛铝三维通孔金属间化合物xrd图；图4为真空烧结工艺图。

具体实施方式

多孔材料体积为50cm³，按照金属粉末20vol.%，钛粉：铝粉=1:1的原子比计算所需粉料质量。称取相应金属粉末，将钛粉与铝粉以原子比1:1的比例混合，搅拌均匀。莰烯按80vol.%换算出所需质量，将称量好的莰烯放置在模具中，设置水浴锅中水温保持在60℃，将模具放在水浴锅中加热。待模具中莰烯融化后，加入1wt.%聚苯乙烯作为粘结剂制成崁烯熔料，将混合金属粉末转移至模具中使其溶于莰烯熔料中，搅拌均匀。将模具从水浴锅中取出，固定在事先制好的支架上。为防止在凝固过程中浆料沉降，导致材料不均匀，水平转动支架，使模具在水平方向旋转。浆料凝固后将多孔胚体脱模，并将多孔胚体放置在通风处干燥使崁烯挥发。将干燥完成的多孔胚体放置在热压烧结炉中烧结。烧结工艺曲线如图4所示，烧结升温速率4℃/min，低温反应烧结分别在400℃、600℃保温60min、120min，高温烧结在1300℃保温130min，反应完毕后，冷却速率控制在10℃/min。制得的的表面形貌如附图1所示，孔形貌如附图2所示，孔径范围10~45μm，孔隙率为56.788%。钛铝三维通孔材料的xrd图谱如图3所示。