一种TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法与流程

本发明涉及泡沫金属材料技术领域，尤其涉及一种TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法。

背景技术：

多孔金属材料作为一种新型的复合材料，具有其他多孔材料无法比拟的优点。相较于实体材料，一定的孔隙率使其具有良好的可压缩性；相较于泡沫聚合物，具有更高的刚度和使用温度；相较于泡沫陶瓷，具有良好的韧性、导热性、导电性等。所以多孔材料金属材料在汽车工业、航空航天、环保领域、建筑等领域具有广阔的前景，另一方面，孔隙的存在使得多孔金属材料的屈服应力，抗蠕变能力、和耐磨性等力学性能有较大的降低，所以提高多孔金属的力学性能一直备受人们的关注。

钛及钛合金由于具有比强度高、抗腐蚀性好、耐高温等一系列突出的优点，是一种制备多孔金属材料的优良基体。多孔钛基复合材料是在钛基体中加入第二相纤维或颗粒作为增强相，组成钛和增强体两相的复合材料。增强相的引入使得材料的强度、高刚、韧性、耐磨性和抗疲劳等性能有所提高，并能提高材料的抗高温、抗腐蚀等性能，极大的扩展了材料的使用范围。

早期应用于航空航天工业的钛基复合材料以连续纤维增强钛基复合材料为主。主要的纤维增强相有SiC、B、C、Al₂O₃纤维等。在开发具有优良高温性能的钛基复合材料时首选的增相是SiC纤维。但是纤维增强的复合材料的制备方法比较困难，据文献报道，只能用固相法合成，然后用热等静压、真空热压、锻造等方法成型。同时连续增强钛基复合材料各向异性较强。使用范围具有一定的局限性，并且生产工艺复杂，成产成本较高。因此非连续增强复合材料得到了快速的发展，主要是因为大量可选择的低廉增强相，如颗粒、晶须、短纤维等，以及可以自由设计结构和成分等特点，使得实体金属复合材料的开发和生产中日益标准化。

值得注意的是，虽然非连续增强体在钛基致密化复合材料得到了广泛运用，朱等人采用浆料发泡法，通过在钛粉中加入不同含量的氧化铈，制备出高孔隙率的多孔钛并研究了其力学性能；肖等通过熔炼法制备了TiB和Nd₂O₃增强的钛基复合材料，其中Nd₂O₃的形貌比较复杂，且分布不均、有细小片状、板条状及球状。周和肖等人在复合材料的制备过程中都掺杂了稀土氧化物，工艺较为复杂，能耗高，成本昂贵，且结构与成份不易控制。

但在多孔钛的制备过程中，考虑到非连续增强相的各向同性与多孔材料以孔壁或孔棱作为骨架的受力特点，引入TiC增强体开发并制备钛基多孔复合材料的相关制备方法还较少，缺乏大量系统的研究，尤其是缺乏对其动态的力学性能和特性的研究。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法，用以解决现有技术的多孔钛制备工艺所得的多孔钛材料抗压缩性差、抗腐蚀性差、耐磨性能差、工艺复杂、能耗高、结构和成份难控的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法包括如下步骤：

1）称取0.5~2重量份的TiC粉和98~99.5重量份的钛粉，构成总重量份为100重量份的TiC和Ti混合粉末，装入预先用酒精清洗并干燥好的高能球磨罐中，球料比为10~20：1；

2）将装有TiC和Ti混合粉末的高能球磨罐密封好，用氩气冲洗高能球磨罐体3次以排出罐体中的空气，再向罐体中充入氩气作为保护气体；

3）向罐体中充入氩气后，对高能球磨罐中的TiC和Ti混合粉末进行间歇式的多次球磨处理，每次球磨时间为20~50min，相邻两次球磨的间歇时间为10~40min，总的有效球磨时间为1~4小时，球磨处理之后得到TiC和Ti预制混合粉体；

4）将上述制得的100重量份的TiC和Ti预制混合粉体与同体积的尿素在研体中混合，在混合过程中加入占TiC和Ti预制混合粉体与尿素总质量的0.25%~0.5%的硬脂酸锌，再匀速混合30~60min，制得混合物料；

5）用钢制模具将上一步制得的混合物料冷压成型，单向压制，压制压力为180~250MPa，保压时间为45~60s，之后脱模制得生压坯；

6）将生压坯置于真空碳管炉内进行热处理，热处理过程分为低温脱除尿素和高温烧结两步进行；低温脱除尿素过程中，控制真空碳管炉内真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa，控制升温速率为2~5℃/min从室温升温至400℃进行烧结，在400℃时保温45~60min；然后进入高温烧结过程，温度升高到1180~1250℃，在真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa环境下烧结2h；烧结完成后，随炉冷却到室温后取出得到TiC颗粒增强的钛基多孔材料。

上述的TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法中，作为优选方案，所述步骤1）中，TiC粉的纯度为≥99.8%，钛粉的纯度为≥99.8%。

上述的TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法中，作为优选方案，所述步骤1）中，TiC粉的粒度为2~10μm，钛粉的粒度为38~48μm。

上述的TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法中，作为优选方案，所述步骤1）中，TiC粉和钛粉的重量份数比优选为1.5：98.5。

上述的TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法中，作为优选方案，所述步骤2）中，向罐体中充入的氩气纯度为99.99%以上。

上述的TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法中，作为优选方案，所述步骤3）中，进行球磨的球磨机转速为200~400r/min。

上述的TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法中，作为优选方案，所述步骤4）中，所采用的尿素的纯度为≥99%，硬脂酸锌的纯度为≥99%。

上述的TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法中，作为优选方案，所述步骤4）中，所采用的尿素为针状形态颗粒，且粒度为0.8~1.1mm；硬脂酸锌的粒度为25μm。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法，采用粉末冶金造孔技术制备多孔钛基复合材料，通过球磨预处理、配料混合、压制成型、分步式热处理等工序，TiC颗粒作为增强体相弥散分布在钛基体中，在烧结颈长大阶段，TiC细小颗粒可作为形核剂，促进形成非均匀形核来细化晶粒，同时阻碍晶界的生长减小晶粒的粗化程度；运用上述简易的制备方法制备出了轻质且有较高强度的多孔复合材料，使其能够作为轻质结构材料使用；孔隙特征能使其作为医学骨替代材料、流体分离过滤、流体分布、吸能减震等材料使用；极大的扩展了多孔钛使用领域，为多孔钛基材料的强化提供了一个新的有效的途径。

2、本发明中涉及的TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法中，对粉末进行了球磨预处理，球磨过程中混合粉末与不锈钢球在不锈钢罐内不断互相冲击摩擦、撞击，达到破碎和晶粒细化的效果，有利于提高粉末的表面能，同时在破碎过程中粉末积累了大量的晶格缺陷，如空位、畸变、位错等；这些特性都有助于提高烧结质量，从而提高所得钛基多孔材料的力学性能。

3、本发明中涉及的TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法中，使用针状形态颗粒且高纯度的尿素作为造孔剂，其表面积和抗挤压能力小于传统的圆形尿素，减小了造孔剂与粉末在压制过程中的摩擦力，受力易变形的特点增加了粉末在压制过程中的流动性，使得生压坯受力更为均匀更易成型，实验表明采用针状廖素更易获得连通孔结构；采用硬脂酸锌作为粘结剂，能促进生压坯的成型、脱模，避免在脱模过程中产生横向表面裂纹，提高了生压坯的获得率；且高温下作为造孔剂的尿素和作为粘结剂的硬脂酸锌容易脱除，脱除过程中均不会引入杂质，有利于保持所得钛基多孔材料产品的洁净性，且尿素和硬脂酸锌的分解产物不会产生污染环境的物质。

4、本发明中涉及的TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法中，采用真空两段不间断方式对生压坯进行热处理，分为低温脱除尿素和高温烧结过程两步；低温脱除尿素和硬脂酸锌时，真空环境能够及时将分解产生气体抽出炉体；高温真空烧结阶段在真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa环境下烧结，保证了试样不被氧化；此制备方式的优点在于，生产具有连续性，缩短了获得产成品的周期，减少了能耗，进而降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明TiC颗粒增强钛基多孔材料制备方法的工艺流程图。

图2为尿素的差热分析曲线图。

图3为本发明实施例1中TiC与Ti粉混合球磨之后宏观形貌扫描电镜图。

图4为本发明实施例4中所得钛基多孔材料的实物外形图。

图5为本发明实施例4中所得钛基多孔材料的孔隙结构扫描电镜图。

图6为本发明实施例4中所得钛基多孔材料的压缩应力-应变曲线图。

具体实施方式

针对于现有技术的多孔钛制备工艺所得的多孔钛材料抗压缩性差、抗腐蚀性差、耐磨性能差、工艺复杂、能耗高、结构和成份难控的问题，本发明提供了一种TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法，其方法流程如图1所示，包括如下步骤：

1）原料选取：称取0.5~2重量份的TiC粉和98~99.5重量份的钛粉，构成总重量份为100重量份的TiC和Ti混合粉末，装入预先用酒精清洗并干燥好的高能球磨罐中，球料比为10~20：1。

这里，为了保证制备的TiC颗粒增强钛基多孔材料的纯度和性能，原料中的TiC粉的纯度最好为≥99.8%，钛粉的纯度最好为≥99.8%。并且，TiC粉最好选用2~10μm粒度，以便保证其作为增强相的尺寸要求，过细容易发生团聚现象，使得预制TiC和Ti混合成分不均匀；同时太粗会使增强效果不佳，甚至降低产品的力学性能等。而钛粉的粒度选取最好为38~48μm，钛作为材料基体，其粒度大小对粉末压样过程中的流动性有很大的影响，经试验检测，此粒度范围为最佳范围。

2）球磨准备：将装有TiC和Ti混合粉末的高能球磨罐密封好，用氩气冲洗高能球磨罐体3次以排出罐体中的空气，再向罐体中充入氩气作为保护气体。

采用氩气冲洗高能球磨罐体3次，可以保证罐体中空气出的排出，然后再向罐体中充入氩气作为保护气体，使得球磨过程在氩气气氛下进行，可以有效防止氮化物和氧化物的形成以及氧原子的固溶，保持材料的洁净性。这所采用的氩气纯度最好为99.99%以上，避免引入杂质，以更好的在球磨过程中保持材料的洁净性。

3）球磨预处理：向罐体中充入氩气后，对高能球磨罐中的TiC和Ti混合粉末进行间歇式的多次球磨处理，每次球磨时间为20~50min，相邻两次球磨的间歇时间为10~40min，总的有效球磨时间为1~4小时，球磨处理之后得到TiC和Ti预制混合粉体。

该步骤中，高能球磨使得混合粉末与不锈钢球在不锈钢罐内不断互相冲击摩擦、撞击，达到破碎和晶粒细化的效果，有利于提高粉末的表面能，同时在破碎过程中粉末积累了大量的晶格缺陷，如空位、畸变、位错等；这些特性都有助于提高烧结质量，从而提高所得钛基多孔材料的力学性能。其中，进行球磨的球磨机转速优选为200~400r/min。

4）配料混合：将上述制得的100重量份的TiC和Ti预制混合粉体与同体积的尿素在研体中混合，在混合过程中加入占TiC和Ti预制混合粉体与尿素总质量的0.25%~0.5%的硬脂酸锌，再匀速混合30~60min，制得混合物料。

这里加入的尿素是作为造孔剂，尿素优选采用针状形态颗粒，其表面积和抗挤压能力小于传统的圆形尿素，能够减小造孔剂与粉末在压制过程中的摩擦力，使得生压坯受力更为均匀、更易成型；硬脂酸锌是作为粘结剂，能促进生压坯的成型、脱模，避免在压制和脱模过程中产生表面横向裂纹。对于尿素粒度范围的选取，是由于在泡沫材料中孔隙特征对材料性能有着决定性的影响，其中尿素的粒度为最好为0.8~1.1mm，有助于烧结成品的孔隙结构均匀，减小压制过程中的摩擦力，从而减少内部缺陷。硬脂酸锌的粒度为25μm，因为球磨之后所得TiC和Ti预制混合粉体的粒度进一步细化，接近于25μm，因此选用粒度为25μm的硬脂酸锌，减小了TiC和Ti预制混合粉体与硬脂酸锌的粒度差，增强了TiC和Ti预制混合粉体与硬脂酸锌的相作用，有助于成型。而配料过程匀速混合30min，可以保证混合物料的均性。此外，为了使得作为造孔剂的尿素和作为粘结剂的硬脂酸锌的后续的热处理造孔过程中容易脱除而不引入杂质，所采用的尿素的纯度最好为≥99%，硬脂酸锌的纯度最好为≥99%。

5）压制成型：用钢制模具将上一步制得的混合物料冷压成型，单向压制，压制压力为180~250MPa，保压时间为45~60s，之后脱模制得生压坯。

在压制成型过程中，保压有利于压力的有效传递，使得生压坯更加致密化，增加生压坯的强度，避免颗粒间拱桥效应的产生。

6）分步式热处理：将生压坯置于真空碳管炉内进行热处理，热处理过程分为低温脱除尿素和高温烧结两步进行；低温脱除尿素过程中，控制真空碳管炉内真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa，控制升温速率为2~5℃/min从室温升温至400℃进行烧结，在400℃时保温45~60min；然后进入高温烧结过程，温度升高到1180~1250℃，在真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa环境下烧结2h；烧结完成后，随炉冷却到室温后取出得到TiC颗粒增强的钛基多孔材料。

本发明对生压坯的热处理分为了低温脱除尿素和高温烧结两步进行。图2示出了尿素的差热分析曲线图，由图2可知，当温度为400℃时，尿素基本分解完毕，因此将低温脱除尿素过程的烧结温度确定在400℃；而在低温真空烧结阶段，升温速率最好较慢，控制升温速率在2~5℃/min为最佳，以避免尿素分解释放过快生压坯膨胀而导致坍塌；在低温真空烧结过程中，控制真空碳管炉内真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa，目的为了使得造孔剂分解的气体迅速抽到炉体外，避免污染试样，在400℃时保温45~60min，目的是确保尿素完全脱出。高温烧结过程中，在烧结颈长大阶段，TiC细小颗粒可作为形核剂，促进形成非均匀形核来细化晶粒，同时阻碍晶界的生长减小晶粒的粗化程度，在多孔钛基复合材料中细化晶粒可以有效的提高材料的强度，这是其他强化方法所不能比拟的，在相同的外力下，细小晶粒内部和晶界附近应变相对较小，形变均匀，相对来说，因应力集中引起开裂的机会也较少，使得所得钛基多孔材料能够在开裂之前承受较大的形变；另一方面，由于TiC密度较纯钛低，为4.99g^.cm^-3，有助于钛基多孔材料的轻质化，提高其比强度；此外，工业纯钛的弹性模量为110GPa，TiC的弹性模量为460GPa，在材料受力形变过程中，TiC可以承受更高的载荷，以阻碍裂纹的扩展或改变其扩展途径，增强裂纹扩展能，从而提高钛基多孔材料的强度和韧性，提升所制得TiC颗粒增强钛基多孔材料的综合力学性能。

下面用实施方式来进一步说明本发明方法。应该理解的是这些实施方式仅仅是用于进一步说明本发明的实施方案，而不是用于限制本发明。

实施例1：

本实施例选用纯度为≥99.8%、的粒度为2~10μm的TiC粉，以及纯度为≥99.8%、粒度为38~48μm的钛粉，采用本发明方法制备TiC颗粒增强钛基多孔材料，步骤如下：

（1）原料球磨预处理：

称取0.5重量份的TiC粉末和99.5重量份的钛粉，构成总重为100重量份的TiC和Ti混合粉末，装入预先用酒精清洗并干燥好的高能球磨罐中，球料比为10：1，将装有TiC和Ti混合粉末的高能球磨罐密封好，用氩气冲洗罐体3次以排出罐体中的空气，之后向罐体中充入纯度为99.99%以上的氩气，然后对高能球磨罐中的TiC和Ti混合粉末进行间歇式的多次球磨处理，本例球磨机转速为200r/min，每次球磨时间为20min，每相邻两次球磨的间隔时间为10min，有效球磨总时间为1h，然后停止球磨，得到TiC和Ti预制混合粉体。图3示出了本实施例中TiC与Ti粉混合球磨之后宏观形貌扫描电镜图，可以看到，虽然有效球磨时间仅为1h，但可看出所得TiC和Ti预制混合粉体的粉末具有明显的细化特征。而后，将球磨罐置于真空手套箱中，将预制粉体从球磨罐中取出，以避免TiC和Ti预制混合粉体被氧化。

（2）配料混合：

上述制得的100重量份TiC和Ti预制混合粉体与其体积相同的针状形态颗粒尿素在研体中混合，并加入占TiC和Ti预制混合粉体与尿素总质量的0.25%的硬脂酸锌，匀速混合30min，得混合物料。本实施例中，所用尿素的纯度为≥99%、粒度为0.8~1.1mm，硬脂酸锌的的纯度为≥99%、粒度为25μm。

（3）压制成型：

用钢制模具将前一步所得的混合物料压制成型，单向压制，压制压力为180MPa，保压时间为60s，脱模得到生压坯。

（4）分步式热处理：

将生压坯放入真空碳管炉内进行热处理，处理过程分为低温真空脱除尿素和高温烧结两步进行。低温真空脱除尿素阶段，控制真空碳管炉内真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa，控制升温速率为2℃/min从室温升温至400℃进行烧结，在400℃时保温45min；然后进入高温固态烧结过程，温度升高到1180℃，在真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa环境下烧结2h。烧结完成后，随炉冷却到室温后取出得到TiC颗粒增强的钛基多孔材料。

本实施例制备的TiC含量为0.5重量份的多孔钛基复合材料，其屈服强应力为133.53 Mpa。

实施例2：

本实施例选用纯度为≥99.8%、的粒度为2~10μm的TiC粉，以及纯度为≥99.8%、粒度为38~48μm的钛粉，采用本发明方法制备TiC颗粒增强钛基多孔材料，步骤如下：

（1）原料球磨预处理：

称取1重量份的TiC粉末和99重量份的钛粉，构成总重为100重量份的TiC和Ti混合粉末，装入预先用酒精清洗并干燥好的高能球磨罐中，球料比为10：1，将装有TiC和Ti混合粉末的高能球磨罐密封好，用氩气冲洗罐体3次以排出罐体中的空气，之后向罐体中充入纯度为99.99%以上的氩气，然后对高能球磨罐中的TiC和Ti混合粉末进行间歇式的多次球磨处理，本例球磨机转速为200r/min，每次球磨时间为20min，每相邻两次球磨的间隔时间为10min，有效球磨总时间为1h，然后停止球磨，得到TiC和Ti预制混合粉体。而后，将球磨罐置于真空手套箱中，将预制粉体从球磨罐中取出，以避免TiC和Ti预制混合粉体被氧化。

（2）配料混合：

上述制得的100重量份TiC和Ti预制混合粉体与其体积相同的针状形态颗粒尿素在研体中混合，并加入占TiC和Ti预制混合粉体与尿素总质量的0.25%的硬脂酸锌，匀速混合30min，得混合物料。本实施例中，所用尿素的纯度为≥99%、粒度为0.8~1.1mm，硬脂酸锌的的纯度为≥99%、粒度为25μm。

（3）压制成型：

用钢制模具将前一步所得的混合物料压制成型，单向压制，压制压力为180MPa，保压时间为60s，脱模得到生压坯。

（4）分步式热处理：

将生压坯放入真空碳管炉内进行热处理，处理过程分为低温真空脱除尿素和高温烧结两步进行。低温真空脱除尿素阶段，控制真空碳管炉内真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa，控制升温速率为2℃/min从室温升温至400℃进行烧结，在400℃时保温45min；然后进入高温固态烧结过程，温度升高到1180℃，在真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa环境下烧结2h。烧结完成后，随炉冷却到室温后取出得到TiC颗粒增强的钛基多孔材料。

本实施例较之上一实施例，球磨参数、硬脂酸锌添加量、热处理过程均相同。本实施例制备的TiC含量为1重量份的钛基多孔材料，其屈服应力为152.42Mpa。由此可以可以看出，TiC颗粒的增加可以有效的提高屈服强度。

实施例3：

本实施例选用纯度为≥99.8%、的粒度为2~10μm的TiC粉，以及纯度为≥99.8%、粒度为38~48μm的钛粉，采用本发明方法制备TiC颗粒增强钛基多孔材料，步骤如下：

（1）原料球磨预处理：

称取1重量份的TiC粉末和99重量份的钛粉，构成总重为100重量份的TiC和Ti混合粉末，装入预先用酒精清洗并干燥好的高能球磨罐中，球料比为15：1，将装有TiC和Ti混合粉末的高能球磨罐密封好，用氩气冲洗罐体3次以排出罐体中的空气，之后向罐体中充入纯度为99.99%以上的氩气，然后对高能球磨罐中的TiC和Ti混合粉末进行间歇式的多次球磨处理，本例球磨机转速为300r/min，每次球磨时间为30min，每相邻两次球磨的间隔时间为20min，有效球磨总时间为3h，然后停止球磨，得到TiC和Ti预制混合粉体。而后，将球磨罐置于真空手套箱中，将预制粉体从球磨罐中取出，以避免TiC和Ti预制混合粉体被氧化。

（2）配料混合：

上述制得的100重量份TiC和Ti预制混合粉体与其体积相同的针状形态颗粒尿素在研体中混合，并加入占TiC和Ti预制混合粉体与尿素总质量的0.4%的硬脂酸锌，匀速混合45min，得混合物料。本实施例中，所用尿素的纯度为≥99%、粒度为0.8~1.1mm，硬脂酸锌的的纯度为≥99%、粒度为25μm。

（3）压制成型：

用钢制模具将前一步所得的混合物料压制成型，单向压制，压制压力为200MPa，保压时间为50s，脱模得到生压坯。

（4）分步式热处理：

将生压坯放入真空碳管炉内进行热处理，处理过程分为低温真空脱除尿素和高温烧结两步进行。低温真空脱除尿素阶段，控制真空碳管炉内真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa，控制升温速率为4℃/min从室温升温至400℃进行烧结，在400℃时保温50min；然后进入高温固态烧结过程，温度升高到1250℃，在真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa环境下烧结2h。烧结完成后，随炉冷却到室温后取出得到TiC颗粒增强的钛基多孔材料。

本实施例较之上实施例2，球磨参数增大，即球磨强度增加，使得本实施例制备的TiC含量为1重量份的钛基多孔材料的屈服应力达到167.42Mpa。因此，适当的增加球磨强度，可以帮助提高烧结质量，提升所制备的TiC颗粒增强钛基多孔材料的力学性能。

实施例4：

本实施例选用纯度为≥99.8%、的粒度为2~10μm的TiC粉，以及纯度为≥99.8%、粒度为38~48μm的钛粉，采用本发明方法制备TiC颗粒增强钛基多孔材料，步骤如下：

（1）原料球磨预处理：

称取1.5重量份的TiC粉末和98.5重量份的钛粉，构成总重为100重量份的TiC和Ti混合粉末，装入预先用酒精清洗并干燥好的高能球磨罐中，球料比为20：1，将装有TiC和Ti混合粉末的高能球磨罐密封好，用氩气冲洗罐体3次以排出罐体中的空气，之后向罐体中充入纯度为99.99%以上的氩气，然后对高能球磨罐中的TiC和Ti混合粉末进行间歇式的多次球磨处理，本例球磨机转速为400r/min，每次球磨时间为50min，每相邻两次球磨的间隔时间为40min，有效球磨总时间为4h，然后停止球磨，得到TiC和Ti预制混合粉体。而后，将球磨罐置于真空手套箱中，将预制粉体从球磨罐中取出，以避免TiC和Ti预制混合粉体被氧化。

（2）配料混合：

上述制得的100重量份TiC和Ti预制混合粉体与其体积相同的针状形态颗粒尿素在研体中混合，并加入占TiC和Ti预制混合粉体与尿素总质量的0.5%的硬脂酸锌，匀速混合60min，得混合物料。本实施例中，所用尿素的纯度为≥99%、粒度为0.8~1.1mm，硬脂酸锌的的纯度为≥99%、粒度为25μm。

（3）压制成型：

用钢制模具将前一步所得的混合物料压制成型，单向压制，压制压力为250MPa，保压时间为45s，脱模得到生压坯。

（4）分步式热处理：

将生压坯放入真空碳管炉内进行热处理，处理过程分为低温真空脱除尿素和高温烧结两步进行。低温真空脱除尿素阶段，控制真空碳管炉内真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa，控制升温速率为5℃/min从室温升温至400℃进行烧结，在400℃时保温60min；然后进入高温固态烧结过程，温度升高到1200℃，在真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa环境下烧结2h。烧结完成后，随炉冷却到室温后取出得到TiC颗粒增强的钛基多孔材料。

图4、图5分别为本案例所制备的钛基多孔材料的实物外形图和孔隙结构扫描电镜图，从图4可见，其外观完整且具有金属光泽，表明其在制备环节中保持了良好的洁净性，从图5可以看出孔洞的宏观形貌与针状形态颗粒尿素相匹配，孔隙分布均匀，存在大量的连通孔结构，没有明显的内部缺陷，总体质量良好。对其进行抗压测试，所得的压缩应力-应变曲线图如图6所示。由图6可看出本实施例所得TiC颗粒增强钛基多孔材料的初始屈服应力为233.24Mpa，屈服应力为186.59 Mpa，应变在16.72%左右的时达到应力峰值为249.57 Mpa；并且从图6中可以看出，在开始压缩阶段，材料变形为线弹性阶段；当外力继续增加时，进入塑性变形阶段，部分孔壁开始坍塌，但是应力有继续上升的趋势并达到峰值，这是由于TiC增强体的存在，使得孔洞坍塌过程变得缓慢，失效应力得到了提高，从而增加了材料的强度。

实施例5：

本实施例提供了一种TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法，其流程参照图1所示，主要步骤包括如下：

（1）原料球磨预处理：

称取2重量份的TiC粉末和98重量份的钛粉，构成总重为100重量份的TiC和Ti混合粉末，装入预先用酒精清洗并干燥好的高能球磨罐中，球料比为20：1，将装有TiC和Ti混合粉末的高能球磨罐密封好，用氩气冲洗罐体3次以排出罐体中的空气，之后向罐体中充入纯度为99.99%以上的氩气，然后对高能球磨罐中的TiC和Ti混合粉末进行间歇式的多次球磨处理，本例球磨机转速为400r/min，每次球磨时间为50min，每相邻两次球磨的间隔时间为40min，有效球磨总时间为4h，然后停止球磨，得到TiC和Ti预制混合粉体。而后，将球磨罐置于真空手套箱中，将预制粉体从球磨罐中取出，以避免TiC和Ti预制混合粉体被氧化。

（2）配料混合：

上述制得的100重量份TiC和Ti预制混合粉体与其体积相同的针状形态颗粒尿素在研体中混合，并加入占TiC和Ti预制混合粉体与尿素总质量的0.5%的硬脂酸锌，匀速混合60min，得混合物料。本实施例中，所用尿素的纯度为≥99%、粒度为0.8~1.1mm，硬脂酸锌的的纯度为≥99%、粒度为25μm。

（3）压制成型：

用钢制模具将前一步所得的混合物料压制成型，单向压制，压制压力为250MPa，保压时间为45s，脱模得到生压坯。

（4）分步式热处理：

将生压坯放入真空碳管炉内进行热处理，处理过程分为低温真空脱除尿素和高温烧结两步进行。低温真空脱除尿素阶段，控制真空碳管炉内真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa，控制升温速率为5℃/min从室温升温至400℃进行烧结，在400℃时保温60min；然后进入高温固态烧结过程，温度升高到1200℃，在真空度为1×10^-1~1×10^-2Pa环境下烧结2h。烧结完成后，随炉冷却到室温后取出得到TiC颗粒增强的钛基多孔材料。

本实施例制备的TiC含量为2重量份的钛基多孔材料，屈服应力为173.85Mpa。相较于实施例4制得的钛基多孔材料样品，屈服应力有所下下降。其原因在于，过多的TiC粉末与钛粉混合，会降低成型性，从而在压制成型过程中，某些部位异相之间形成微观间隙，烧结之后还保留一部分未闭合的间隙则形成微观裂纹，成为材料的受力失效源，使得增强效果相对减弱。本案例所制备的钛基多孔材料总的力学性能高于本发明实施例1、2、3样品，原因在于本案例采用了较高的粉末球磨强度，提高了烧结质量，增强体细化以及弥散分布对力学性能的下降具有对冲作用。因此，可以判断TiC粉末与钛粉混合形成的100重量份混合粉末中，钛粉含量不宜超过2重量份。

综上所述，本发明TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法，具有一下突出有点：第一，工艺简单、成分可控、生产周期短、能耗低，具有操作性强、成本低等特点；第二，原料易得且低廉，利用了尿素的低温可分解的特点作为造孔剂，且分解产物无毒无污染，明显优于淀粉、聚合物、镁粉以及NaCl等造孔剂不易脱除且分解产物为有害物质的特点；第三，本发明利用了TiC可作为增强相的特点，成功的引入到多孔钛的制备当中，制备出钛基多孔材料。TiC颗粒的高弹性模量、低密度、高的热膨胀系数、抗腐蚀及耐磨性，提高了多孔钛的综合力学性能，抗压强度得到了提高，同时具备一定的耐磨抗腐蚀等性能，扩展了其使用领域；第四，对粉末的高能球磨预处理，使得TiC颗粒能够弥散分布在基体钛粉之中，同时使得粉末细化，获得了较高的表面能和晶格畸变能等，具有细化晶粒的和促进烧结的作用；第五，制备过程所使用的设备简易，便于工业大规模生产。可见本发明TiC颗粒增强钛基多孔材料的制备方法，很好地解决了现有技术中多孔钛制备工艺所得的钛基多孔材料抗腐蚀性差、材料性能恶化、较耐用时间短、工艺复杂、成份难控等问题，为制备高强度多孔钛基复合材料提供了一种新的技术途径，具有非常好的应用前景。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。