专利名称：一种高铌TiAl金属间化合物复合材料的制备方法
技术领域：
本发明属于材料科学领域，具体涉及一种高铌TiAl金属间化合物复 合材料的制备方法。
背景技术：
TiAl金属间化合物具有优异的高温比性能(强度、韧性、环境抗力等)， 兼具陶瓷材料和金属材料的优点于一身，有望在高温条件下部分替代现有 金属及陶瓷材料，以提高产品性能及实现轻量化，因而成为高温结构材料 的开发热点之一。但是，T.iAl本身由于室温脆性较大、难于变形加工和 85(TC以上抗氧化性不足严重的阻碍了该合金的实际应用。高铌TiAl合金 及纳米陶瓷颗粒强韧化TiAl基复合材料是克服以上缺陷的有效途径。
AL03/TiAl复合材料不但具有制造成本低廉，而且八1203热膨胀系数与 TiAl基体也最为接近。现有的制备方法有直接金属氧化法、反应溶渗法、 气压溶渗法以及热等静压法等。但该类技术难使弥散相均匀分布于基体材 料之中，从而大幅降低了材料的性能。
考虑到金属间化合物基体相与陶瓷颗粒增强相之间的应力相容性，利 用原位反应合成陶瓷颗粒增强金属间化合物复合材料能够制备陶瓷相与 金属相成分在很大范围内可调的热力学相容性好節全新材料。但遗憾之处 是这种方法也很难使原位生成的陶瓷相颗粒尺寸纳米化及均匀化，而且部 分气孔难以消除，给材料性能的进一步提高形成了很大的障碍。 '
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能制备出具有均匀
细小的A1A弥散相的TiAl复合材料的高铌TiAl金属间化合物复合材料的 制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是将0-62. 05%的Ti粉、 36-. 39-48. 72%的Al粉和0-51. 64%的吣205粉制成混合物，然后加入混合物 质量0. 2-0. 5%的硬脂酸钠采用干法球磨，料球质量比为1: 10，在氩气 保护下球磨20小时得到高能球磨复合粉体；将得到高能球磨复合粉体在 7(TC下真空干燥4-8小时，再将干燥后的粉体装入石墨磨具中在氩气或真 空条件下，以950-IIO(TC、压力为5-15MPa热压烧结，所得材料自然冷却 至室褪即可。
本发明利用Ti粉、Al粉、恥205粉以及少量硬脂酸钠经高肯巨球磨及热 压烧结工艺，制备了 AL03弥散相强韧化基体相TiAl的细晶复合材料。由 于该材料成分可调性大，烧成温度低，结构均匀致密，成本较低，力学性 能优异，拓宽了该复合材料的应用范围。另外，该方法降低了烧成温度及 热压压力，在快速烧成中实现了晶粒微晶化。
,1为高能球磨得到的粉体及IIOO'C烧结试样的XRD分析结果，其是 横坐标为衍射角，纵坐标为衍射峰强度； ' 图2为IIO(TC烧结试样的断面形貌图。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。 实施例1，将44. 40%的Ti粉、39. 08%的Al粉和16. 52%的歸5粉制 成混合物，然后加入混合物质量0.3%的硬脂酸钠采用干法球磨，料球质
比为1: 10，在氩气保护下球磨20小时得到高能球磨复合粉体，球磨后
的混合粉体XRD测试结果为图1所示，由图l可看出粉体为非晶相，烧结 后为TiAl主晶相及少量的NbAL及Al203相的复合材料，将得到高能球磨 复合粉体在7(TC下真空干燥5小时，再将干燥后的粉体装入石墨磨具中在 氩气或真空条件下，以110(TC、压力为10MPa热压烧结，所得材料自然冷 却至室温制得TiAl/A1203复合材料，抗弯强度达到486MPa，断裂韧性为 6. 07MPa m1/2，其物相及断面显微分析图2所示，由图2可以看出，该材 料晶粒细小，结构致密，无气孔。
实施例2:将62. 05%的Ti粉和37. 95%的Al粉制成混合物，然后加入 混合物质量0.2%的硬脂酸钠采用干法球磨，料球质量比为1: 10，在氩 气保护下球磨20小时得到高能球磨复合粉体非晶细小颗粒；将得到高能 球磨复合粉体在7(TC下真空干燥8小时，再将千燥后的粉体装入石墨磨具 中在氧气或真空条件下，以95(TC、压力为8MPa热压烧结，所得材料自然 冷却至室温即可。 '
实施例3:将11.97。/。的Ti粉、36. 39%的Al粉和51. 64%的恥205粉制 成混合物，然后加入混合物质量0.5%的硬脂酸钠采用干法球磨，料球质量 比为1: 10，在氩气保护下球磨20小时得到高能球磨复合粉体非晶细小 颗粒；将得到高能球磨复合粉体在7(TC下真空干燥6小时，再将干燥后的 粉体装入石墨磨具中在氩气或真空条件下，以100(TC、压力为12MPa热压 烧结，.所得材料自然冷却至室温即可。
实施例4:将48.72%的八1粉和51.28%的吣205粉制成混合物，然后加 入，混合物质量0.4%的硬脂酸钠采用干法球磨，料球质量比为1: 10，在
氩气保护下球磨20小时得到高能球磨复合粉体非晶细小颗粒；将得到高
能球磨复合粉体在7CTC下真空干燥4小时，再将干燥后的粉体装入石墨磨
具中在氩气或真空条件下，以105(TC、压力为5MPa热压烧结，所得材料 自然冷却至室温即可。 '
实施例5:将259&的Ti粉、429&的Al粉和33。/。的Nb205粉制成混合物， 然后加入混合物质量0. 5%的硬脂酸钠采用干法球磨，料球质量比为1: 10，在氩气保护下球磨20.小时得到高能球磨复合粉体非晶细小颗粒；将 得到高能球磨复合粉体在7(TC下真空干燥7小时，再将干燥后的粉体装入 石墨磨具中在氩气或真空条件下，以102(TC、压力为15MPa热压烧结，所 得材料自然冷却至室温即可。
按本发明的制备方法合成的TiAl/A:U03复合材料，由'基体相和增强相 两部分组成，基体相由大多数的TiAl相和少量的NbAl3相组成；增强相为 A1203。材料的组成成分比(重量％)为增强相0-33%，基体相100-67°/。。
权利要求
1、一种高铌TiAl金属间化合物复合材料的制备方法，其特征在于1)将0-62.05％的Ti粉、36.39-48.72％的Al粉和口0-51.64％的Nb2O5粉制成混合物，然后加入混合物质量0.2-0.5％的硬脂酸钠采用干法球磨，料球质量比为1∶10，在氩气保护下球磨20小时得到高能球磨复合粉体非晶细小颗粒；2)将得到高能球磨复合粉体在70℃下真空干燥4-8小时，再将干燥后的粉体装入石墨磨具中在氩气或真空条件下，以950-1100℃、压力为5-15MPa热压烧结，所得材料自然冷却至室温即可。
2、 根据权利要求1所述的高铌TiAl金属间化合物复合材料的制备方 法，其特征在于将44. 4。％的Ti粉、39.08%的八1粉和16.52%的恥205粉 制成混合物，然后加入混合物质量0.3%的硬脂酸钠采用干法球磨，料球质 量比为1: 10，在氩气保护下球磨20小时得到高能球磨复合粉体，将得 到高能球磨复合粉^:在70。C下真空干燥5小时，再将干燥.后的粉体装入石 墨磨具中在氩气或真空条件下，以110(TC、压力为10MPa热压烧结，所得 材料自然冷却至室温即可。
3、 根据权利要求1所述的高铌TiAl金属间化合物复合材料的制备方 法，其特征在于将62. 0^%的Ti粉和37. 95%的Al粉制成混合物，然后 加入混合物质量0.2%的硬脂酸钠采用干法球磨，料球质量比为1: 10，在氩气保护下球磨20小时得到高能球磨复合粉体非晶细小颗粒；将得到高能球磨复合粉体在7(TC下真空干燥8小时，再将干燥后，的粉体装入石墨 磨具中在氩气或真空条件下，以950。C、压力为8MPa热压烧结，所得材料自然冷却至室温即可。
4、 根据权利要求1所述的高铌TiAl金属间化合物复合材料的制备方 法，其特征在于将11.97。/。的Ti粉、36. 39呢的A'1粉和51. 64%的恥205粉 制成混合物，然后加入混合物质量0.5%的硬脂酸钠采用千纟去球磨，料球质 量比为1: 10，在氩气保护下球磨20小时得到高能球磨复合粉体非晶细 小颗粒；将得到高能球磨复合粉体在7(TC下真空干燥6小时，再将干燥后 的粉体装入石墨磨具中在氩气或真空条件下，以IOO(TC、压力为12MPa 热压烧结，所得材料自然冷却至室温即可。
5、 根据权利要求1所述的高铌TiAl金属间化合物复合材料的制备方 法，其特征在于将48.72%的八1粉和51.28%的他205粉制成混合物，然后 加入混合物质量0.4%的硬脂酸钠采用干法球磨，料球质量比为1: 10，在氩气保护下球磨20小时得到高能球磨复合粉体非晶细小颗粒；将得到高能球磨复合粉体在7(TC下真空干燥4小时,再将干燥后的粉体装入石墨 磨具中在氩气或真空条件下，以1050。C、压力为5MPa热压烧结，所得材 料自然冷却至室温即可。
6、 根据权利要求1所述的高铌TiAl金属间化合物复合材料的制备方 法，其特征在于将25%的Ti粉、42%的Al粉和33%的恥205粉制成混合物， 然后加入混合物质量0. 5%的硬脂酸钠采用干法球磨，料球质量比为1:10，在氩气保护下球磨20小时得到高能球磨复合粉体非晶细小颗粒；将得到高能球磨复合粉体在7(TC下真空干燥7小时，再将干燥后的粉体装入 石墨磨具中在氩气或真空条件下，以1020'C、压力为15MPa热压烧结，所 得材料自然冷却至室温即可。
全文摘要
一种高铌TiAl金属间化合物复合材料的制备方法，将Ti粉、Al粉和Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>粉制成混合物，然后加入硬脂酸钠采用干法球磨得到高能球磨复合粉体；将得到高能球磨复合粉体真空干燥，再将干燥后的粉体装入石墨磨具中在氩气或真空条件下，热压烧结，所得材料自然冷却至室温即可。本发明利用Ti粉、Al粉、Nb<sub>2</sub>O<sub>5</sub>粉以及少量硬脂酸钠经高能球磨及热压烧结工艺，制备了Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>弥散相强韧化基体相TiAl的细晶复合材料。由于该材料成分可调性大，烧成温度低，结构均匀致密，成本较低，力学性能优异，拓宽了该复合材料的应用范围。另外，该方法降低了烧成温度及热压压力，在快速烧成中实现了晶粒微晶化。
文档编号B22F3/14GK101100710SQ20071001838
公开日2008年1月9日 申请日期2007年7月31日 优先权日2007年7月31日
发明者朱建锋, 杨海波, 营 林, 芬 王, 罗宏杰 申请人:陕西科技大学