本发明属于复相陶瓷技术领域，更具体地，涉及一种二硼化钛(tib2)基复相陶瓷及其制备方法和应用。
背景技术：
二硼化钛(tib2)基复相陶瓷材料作为一种结构材料，具有优异的力学性能，例如高硬度、高强、耐磨、耐高温、物理化学稳定性等优异性能，可广泛应用于结构件、刀具切削、航空航天等方面，但是正因为其优异的力学性能限制了其加工多样化，对于复杂形状的陶瓷材料依靠传统的加工工艺无法得到。考虑到其巨大的应用场景，亟待开发一种可实现任意复杂形状的陶瓷材料的成型。
目前，tib2基复相陶瓷成型工艺有：注射成型、注凝成型、压滤成型、压力成型、凝胶注模成型等。但是这些技术难以满足对个性化、精细化、轻量化和复杂化的高端产品快速制造的需求，限制了高性能陶瓷产品的开发与应用。虽然目前增材制造已经应用于陶瓷成型，但主要是通过光固化成型、直接挤压成型、喷墨打印、选择性激光烧结等技术实现陶瓷材料的增材制造。对于以上增材制造技术，在成型后都需要下一步热处理。选择性激光熔融可以通过一步制备致密材料，其原理是通过激光将粉末熔化成型，然后逐层扫描叠加，打印出最终三维结构。然而，由于陶瓷材料通常没有固定熔点或者熔点太高(高于2000℃)。因此，目前还没有直接将陶瓷材料运用选择性激光熔融技术成型。
基于以上应用背景以及研究现状，急需寻求一种净尺寸的复杂形状陶瓷材料直接成型方法。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，提供一种tib2基复相陶瓷。该复相陶瓷是具有净尺寸的复杂形状陶瓷材料。
本发明的另一目的在于提供一种上述tib2基复相陶瓷的制备方法，该方法采用选择性激光熔融法一步成型制备所需形状样品，通过利用金属ti包裹b4c混合粉体在打印过程中反应，制备复杂形状tib2基复相陶瓷。
本发明的再一目的在于提供一种上述tib2基复相陶瓷的应用。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
一种二硼化钛(tib2)基复相陶瓷，所述tib2基复相陶瓷是以金属ti粉和b4c粉为原料，以wc球为球磨介质，在高能球磨机上球磨混合，制得金属ti包裹b4c的ti-b4c粉体，再将ti-b4c粉体在ar或真空的条件下通过选择性激光熔融法打印成型制得。
优选地，所述金属ti粉和b4c粉的摩尔比为(1～10)：1。
优选地，所述金属ti粉和b4c粉的纯度均为99％，所述金属ti粉和b4c粉的粒径均为1～100μm。
优选地，所述球磨的时间为2～40h。
优选地，所述tib2基复相陶瓷的相对密度大于95％，所述tib2基复相陶瓷的硬度为20～45gpa，所述tib2基复相陶瓷的断裂韧性为6～12mpa·m1/2，所述tib2基复相陶瓷的抗弯强度为500～1200mpa。
所述的tib2基复相陶瓷的制备方法，包括如下具体步骤：
s1.以金属ti粉和b4c粉为原料，以wc球为球磨介质，在高能球磨机上混合，得到金属ti包裹b4c的ti-b4c粉体；
s2.在气氛为ar或者真空条件下，将ti-b4c粉体通过激光按照设定路径扫描，粉体表层金属ti熔化使得粉体单层成型，然后逐层扫描，最终实现选择性激光熔融法打印成型，制备得到tib2基复相陶瓷。
优选地，步骤s2中所述选择性激光熔融法的参数为：激光强度为150～550j/mm3，所述激光扫描速率为200～1200mm/s，扫描间距20～200μm，扫描层厚10～100μm。
更为优选地，步骤s2中所述选择性激光熔融法的参数为：激光强度为400j/mm3，所述激光扫描速率为800mm/s，扫描间距100μm，扫描层厚30μm。
所述的tib2基复相陶瓷通过增材制造技术可实现各种复杂形状的设计，作为一种透波材料在航空航天领域具有广泛的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明直接实现tib2基复相陶瓷的增材制造成型，无需后续烧结或者热处理；
2.本发明实现复杂形状tib2-tic复相陶瓷的净尺寸成型；
3.本发明中金属ti的引入有效改善tib2基复相陶瓷的断裂韧性。
附图说明
图1为增材制造过程中粉体分布与反应原理图。
图2为选择性激光熔融法成型原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
1.以金属ti粉(金属ti粉纯度为99％，粒径为20μm)和b4c粉(b4c粉纯度为99％，粒径10μm)为原料，按ti：b4c的摩尔比为4:1配比经混料，以wc球为球磨介质，在高能球磨机上混合25h，得到金属ti包裹b4c混合球形ti-b4c粉体，在高能球磨作用下，软质金属相ti包裹在硬质相b4c颗粒表面，随着球磨时间的延长，高能球磨产生的能量使得b4c分解，分解产生的c和b扩散进入金属ti中，进而反应得到tic和tib2相，如图1所示。
2.在气氛为ar的条件下，将金属ti包裹b4c混合球形ti-b4c粉体采用选择性激光熔融法，通过图2中的扫描路径，首层是激光束沿着x轴(y轴)作往复扫描，并逐渐向y轴(x轴)方向移动，首层扫描结束后，工作台面下降一定距离，激光束继续沿着y轴(x轴)往复扫描，并逐渐向x轴(y轴)方向移动，接着工作台面继续下降一定高度，激光束沿着x轴(y轴)作往复扫描，并逐渐向y轴(x轴)方向移动，一直重复打印，样品沿着成型方向逐层叠加，直到完成样品的打印成型。其具体参数为：激光强度为400jmm3，激光扫描速率为800mm/s，扫描间距100μm，扫描层厚30μm。最后制备tib2-tic复相陶瓷。
上述所得tib2-tic复相陶瓷具有复杂形状和净尺寸，所述tib2-tic陶瓷的相对密度为98％，硬度为35gpa，断裂韧性为12mpa·m1/2，抗弯强度为1000mpa。
实施例2
以金属ti粉(金属ti粉纯度为99％，粒径为30μm)和b4c粉(b4c粉纯度为99％，粒径20μm)为原料，按照ti：b4c的摩尔比为1:1进行配料，按照实施例1方法制备tib2基陶瓷，其中激光强度、扫描速率、扫描层厚分别为350j/mm3、800mm/s和35μm，打印过程中的气氛为ar。本实施例通过选择性激光熔融技术实现复杂形状tib2-tic-b4c复相陶瓷的净尺寸成型，所述tib2-tic-b4c复相陶瓷的相对密度为98％，硬度为40gpa，断裂韧性为10mpa·m1/2，抗弯强度为1100mpa。
实施例3
以金属ti粉(金属ti粉纯度为99％，粒径为20μm)和b4c粉(b4c粉纯度为99％，粒径20μm)为原料，按照ti：b4c的摩尔比为4:1进行配料，按照实施例1方法制备tib2基陶瓷，其中激光强度、扫描速率、扫描层厚分别为350j/mm3、800mm/s和35μm，打印过程中的气氛为真空。本实施例通过选择性激光熔融技术实现复杂形状tib2-tic复相陶瓷的净尺寸成型，所述tib2-tic复相陶瓷的相对密度为98％，硬度为30gpa，断裂韧性为12mpa·m1/2，抗弯强度为1000mpa。
实施例4
以金属ti粉(金属ti粉纯度为99％，粒径为40μm)和b4c粉(b4c粉纯度为99％，粒径40μm)为原料，按照ti：b4c的摩尔比为1:1进行配料，按照实施例1方法制备tib2基陶瓷，其中激光强度、扫描速率、扫描层厚分别为450j/mm3、500mm/s和45μm，打印过程中的气氛为真空。本实施例通过选择性激光熔融技术实现复杂形状tib2-tic-b4c复相陶瓷的净尺寸成型，所述tib2-tic-b4c复相陶瓷的相对密度为99％，硬度为42gpa，断裂韧性为12mpa·m1/2，抗弯强度为1200mpa。
实施例5
以金属ti粉(金属ti粉纯度为99％，粒径为10μm)和b4c粉(b4c粉纯度为99％，粒径20μm)为原料，按照ti：b4c的摩尔比为6:1进行配料，按照实施例1方法制备tib2基陶瓷，其中激光强度、扫描速率、扫描层厚分别为300j/mm3、500mm/s和30μm，打印过程中的气氛为真空。本实施例通过选择性激光熔融技术实现复杂形状tib2-tic复相陶瓷的净尺寸成型，所述tib2-tic复相陶瓷的相对密度为99％，硬度为30gpa，断裂韧性为12mpa·m1/2，抗弯强度为1200mpa。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合和简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。