本发明涉及一种三铝化钛和三氧化二铝颗粒共增强铝基复合材料及其制备方法。
背景技术：
颗粒增强铝基复合材料具有高比强度、高比刚度、高导热率、低密度、低膨胀系数、良好的高温性能和优异的尺寸稳定性能等优点，目前已经被用于航空、陆上运输、汽车电子和体育器材等很多方面，并且需求量也在逐步增加。
TiO2具有无毒、很好的耐腐蚀性和热稳定性优点，TiO2主要分为锐钛矿型(Anatase，简称A型)和金红石(Rutile，简称R型)两种晶型。
Al和金属氧化物其之间的反应可以得到其他金属、金属间化合物或者铝的氧化物作为增强相，α-Al2O3是铝基复合材料很好的增强相，Al-TiO2体系中形成的Al3Ti具有低密度(3.4g cm3)，高的杨氏模量(220GPa)和良好的高温性能，使其在高温结构材料方面有很好的应用前景。
专利号为JP03260026，以锐钛矿的TiO2晶须和Al粉为原料，利用压力浸渗制备了Al3Ti和Al2O3增强的铝基复合材料。但此方法以制备的TiO2晶须为原料，制备较为繁琐，且TiO2含量只有1～5wt.％。
专利号为JP04063235，以Al3Ti或者Al、Ti合金粉体和Cu合金粉为原料，利用热压烧结得到Al3Ti基高强度材料。但其制备需要混合Al、Ti和Cu三种粉体，制备方法繁琐，并且只能得到单一增强体Al3Ti增强体的复合材料，另外，以Cu为基体，密度较大。
专利号为US2014/0219861，发明了一种新的原位生成方法，并以Al和Ti粉成功制备了Al3Ti颗粒增强的复合材料。其发明只能得到单一增强体Al3Ti增强体的复合材料，无纳米或亚微米尺寸的Al2O3颗粒增强作用。
技术实现要素：
本发明是要解决现有方法存在的制备方法繁琐，增强体单一的问题，而提供一种三铝化钛和三氧化二铝颗粒共增强铝基复合材料及其制备方法。
本发明一种三铝化钛和三氧化二铝颗粒共增强铝基复合材料按体积分数由5％～25％TiO2和75％～95％含铝材料制成；所述TiO2的晶型为金红石型和锐钛矿型中的一种或两种的混合，所述TiO2是粒径为0.1～10μm的粉体；所述的含铝材料为铝或铝合金。
本发明一种三铝化钛和三氧化二铝颗粒共增强铝基复合材料及其制备方法是按以下步骤进行：
一、按体积分数称取5％～25％TiO2和75％～95％含铝材料；所述TiO2的晶型为金红石型和锐钛矿型中的一种或两种的混合，所述TiO2是粒径为0.1～10μm的粉体；所述的含铝材料为铝或铝合金；
二、将步骤一称取的5％～25％TiO2和75％～95％含铝材料分别在温度为50℃～60℃的干燥箱中干燥10h～14h，得到干燥后的TiO2和干燥后的含铝材料；
三、将步骤二得到的干燥后的TiO2和干燥后的含铝材料混合，得到混合粉体；
四、将步骤三得到的混合粉体装入模具中，冷压制成预制体，然后连同模具一起放入高压烧结炉中，在真空或保护气的条件下，在温度为650℃～670℃下烧结1h～4h，随炉冷却后，脱模得到Al3Ti和Al2O3颗粒共增强Al基复合材料。
本发明的有益效果是：
本发明制备工艺简单，成本低，增强体的体积分数较高，所得的材料在较高温环境(100～600℃)中可作为结构材料和耐磨材料等。材料中Al3Ti呈现短棒状，尺寸在1～30μm之间，可以有效承载，Al2O3颗粒以纳米或亚微米尺度形式存在，尺寸在20～400nm之间。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种三铝化钛和三氧化二铝颗粒共增强铝基复合材料按体积分数由5％～25％TiO2和75％～95％含铝材料制成；所述TiO2的晶型为金红石型和锐钛矿型中的一种或两种的混合，所述TiO2是粒径为0.1～10μm的粉体；所述的含铝材料为铝或铝合金。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：三铝化钛和三氧化二铝颗粒共增强铝基复合材料按体积分数由10％TiO2和90％含铝材料制成。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：三铝化钛和三氧化二铝颗粒共增强铝基复合材料按体积分数由15％TiO2和85％含铝材料制成。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述铝合金为1xxx系铝合金、2xxx系铝合金、3xxx系铝合金、4xxx系铝合金、5xxx系铝合金或6xxx系铝合金。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式一种三铝化钛和三氧化二铝颗粒共增强铝基复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、按体积分数称取5％～25％TiO2和75％～95％含铝材料；所述TiO2的晶型为金红石型和锐钛矿型中的一种或两种的混合，所述TiO2是粒径为0.1～10μm的粉体；所述的含铝材料为铝或铝合金；
二、将步骤一称取的5％～25％TiO2和75％～95％含铝材料分别在温度为50℃～60℃的干燥箱中干燥10h～14h，得到干燥后的TiO2和干燥后的含铝材料；
三、将步骤二得到的干燥后的TiO2和干燥后的含铝材料混合，得到混合粉体；
四、将步骤三得到的混合粉体装入模具中，冷压制成预制体，然后连同模具一起放入高压烧结炉中，在真空或保护气的条件下，在温度为650℃～670℃下烧结1h～4h，随炉冷却后，脱模得到Al3Ti和Al2O3颗粒共增强Al基复合材料。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五不同的是：步骤一中按体积分数称取10％TiO2和90％含铝材料。其他与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五或六不同的是：步骤一中按体积分数称取15％TiO2和85％含铝材料。其他与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五至七之一不同的是：步骤一中所述铝合金为1xxx系铝合金、2xxx系铝合金、3xxx系铝合金、4xxx系铝合金、5xxx系铝合金或6xxx系铝合金。其他与具体实施方式五至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五至八之一不同的是：步骤三中所述混合是在转速为300rpm/min～450rpm/min的条件下球磨混合或者是通过非球磨方式进行混合。其他与具体实施方式五至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五至九之一不同的是：步骤四中所述保护气为氩气。其他与具体实施方式五至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式五至十之一不同的是：步骤四中按在温度为650℃～670℃下烧结3h。其他与具体实施方式五至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式五至十一之一不同的是：步骤四中得到的Al3Ti和Al2O3颗粒共增强Al基复合材料中Al3Ti和Al2O3的摩尔比为3:2，Al3Ti以短棒状或针状形式存在，Al2O3以纳米或亚微米形式存在。其他与具体实施方式五至十一之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种三铝化钛和三氧化二铝颗粒共增强铝基复合材料的制备方法是按以下步骤进行：
一、按体积分数称取25％TiO2和75％含铝材料；所述TiO2的晶型为金红石型和锐钛矿型中的一种或两种的混合，所述TiO2是粒径为5μm的粉体；所述的含铝材料为粒径为5μm的2024铝合金粉体；
二、将步骤一称取的25％TiO2和75％含铝材料分别在温度为60℃的干燥箱中干燥12h，得到干燥后的TiO2和干燥后的含铝材料；
三、将步骤二得到的干燥后的TiO2和干燥后的含铝材料在转速为300rpm/min的条件下球磨2h，得到混合粉体；
四、将步骤三得到的混合粉体装入模具中，冷压制成预制体，然后连同模具一起放入高压烧结炉中，在真空条件下，在温度为660℃下烧结2.5h，随炉冷却后，脱模得到Al3Ti和Al2O3颗粒共增强Al基复合材料；所述Al3Ti和Al2O3颗粒共增强Al基复合材料中Al3Ti和Al2O3的摩尔比为3:2，Al3Ti以短棒状或针状形式存在，Al2O3以纳米或亚微米形式存在。
本发明制备工艺简单，成本低，增强体的体积分数较高，所得的材料在较高温环境中也有应用前景。材料中Al3Ti呈现短棒状，尺寸在1～30μm之间，可以有效承载，Al2O3颗粒以纳米或亚微米尺度形式存在，尺寸在20～400nm之间。