Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料及其制备方法技术

一种Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料及其制备方法。制备方法包括：按重量份计，将91‑98份钛粉和2‑9份硅粉依次加入丙酮‑水混合溶液中进行混合后，再依次进行室温干燥、冷压成型以及烧结。其中，丙酮‑水混合溶液中丙酮和水的体积比为1.5‑2.5:1。该方法容易操作，工艺简单，成本低，周期短，易于工业化生产，应用前景广阔。制备得到的复合材料组织容易控制且稳定性好，增强相晶粒尺度可调可控。Ti5Si3增强相在钛基体中呈现近等轴颗粒分布，颗粒分散均匀性好。

Ti

A kind of Ti

【技术实现步骤摘要】
Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及金属基复合材料领域，且特别涉及一种Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料及其制备方法。
技术介绍
钛基复合材料是指通过向钛和钛合金基体中引入增强体，能够在保持基体材料韧性的同时提高其室温和高温比强度，提高比弹性模量、抗蠕变能力等性能，很大程度上增强了钛和钛合金的性能。增强相的选择对于复合材料的性能非常重要。增强相的引入可提高材料的耐磨性能、硬度、高温性能和抗蠕变性能。通常情况下，增强相一般为一些高熔点、高硬度、高耐磨性的金属陶瓷、金属间化合物和氧化物等，而其晶粒形状如近等轴状颗粒对复合材料性能提升显著。钛硅化合物Ti5Si3具有多种优异的性能特点，如：较高的熔点和密度，化学性质稳定，高强度，耐磨和耐腐蚀等性能，其作为钛基复合材料的增强体材料已获得广泛关注。但是现有技术如外加Ti5Si3法存在着界面污染和颗粒分布不均问题；而当前熔铸获得Ti5Si3晶粒呈片层状且易发生偏聚现象；需经后期高温热处理获得近等轴Ti5Si3颗粒，耗能耗时，工艺复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料的制备方法，其容易操作，工艺简单，成本低，周期短，易于工业化生产，应用前景广阔。本专利技术的另一目的在于提供一种Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料，组织容易控制且稳定性好，增强相晶粒尺度可调可控，并可根据实际需要调配增强相含量。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：本专利技术提出一种Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料的制备方法，按重量份计，将91-98份钛粉和2-9份硅粉依次加入丙酮-水混合溶液中进行混合后，再依次进行室温干燥、冷压成型以及烧结。其中，丙酮-水混合溶液中丙酮和水的体积比为1.5-2.5:1。本专利技术提出一种Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料，其通过上述制备方法制备得到。本专利技术Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料的制备方法的有益效果是：通过对应比例的钛粉和硅粉能够有效地在后续烧结中生成复合材料，同时采用上述添加顺序更加便于钛粉和硅粉在丙酮-水溶液中混合均匀.同时，丙酮和水采用记载的比例混合，保证了溶液的分散度，便于钛粉和硅粉均匀的分散，为后续高效率的制备高纯度的复合材料提供必要的基础。通过干燥去除丙酮-水溶液，使得钛粉和硅粉变为固固混合且此时二者已混合分散均匀。而采用常温则是为了防止钛粉被氧化，降低产率以及纯度。与该制备方法整体操作简单，工艺简单，成本低，操作周期短，易于工业化生产。制备得到的复合材料组织容易控制且稳定性好，增强相晶粒尺度可调可控，并可根据实际需要调配增强相含量。并且Ti5Si3增强相在钛基体中呈现近等轴颗粒分布，颗粒分散均匀性好，且该复合材料硬度和抗压性能优异。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为本专利技术实施例1制备得到的Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料的微观组织图；图2为本专利技术实施例2制备得到的Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料的微观组织图；图3为本专利技术实施例7制备得到的Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料的微观组织图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。下面对本专利技术实施例的Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料的制备方法以及Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料进行具体说明。本专利技术实施例提供的一种Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料的制备方法：S1、将91-98份钛粉和2-9份硅粉依次加入丙酮-水混合溶液中混合得到第一混合物；通过大量的实验证明采用上述比例的钛粉和硅粉，能够使得混合后的钛/硅混合粉在后续的烧结过程中，按照该比例生成复合材料。若是钛粉和硅粉添加的比例低于或高于该比例则不能生成复合材料。同时，首先将钛粉加入到丙酮-水混合溶液中后再加入硅粉，更加有利于钛粉和硅粉的分散以及混合均匀，保证了后续生成的复合材料的一致性、纯度、质量等。若采用先添加硅粉后添加钛粉则可能导致部分硅粉和钛粉混合不均匀同时，硅粉分散不足，进而生成的复合材料各部分含有的成分不一致，进而降低复合材料的硬度、抗压性能等性能。同理，若采用硅粉与钛粉混合后再添加入丙酮水溶液中，也存在同样的问题。硅粉和钛粉在混合时不能混合均匀，而后在加入丙酮水溶液后也不能得到良好的分散，最终影响复合材料的生成以及相关性能。进一步地，丙酮水溶液中丙酮和水的体积比为1.5-2.5:1。丙酮虽可以与水混溶，但是在本专利技术实施例中，限定了丙酮水溶液中丙酮和水的体积比。本专利技术实施例中采用该比例得到的丙酮水溶液的对于本专利技术实施例的硅粉和钛粉的分散性最好，更加有利于后续复合材料的生成。且在本专利技术实施中丙酮水溶液的作用主要是为了便于钛粉和硅粉分散，若采用的丙酮量过大，可能对导致硅粉和钛粉在丙酮水溶液中的粘稠度增加，进而降低了硅粉和钛粉在丙酮水溶液中分散的程度，进而降低生产的复合材料的性能。若丙酮量过少，水含量过多，同样不利于硅粉和钛粉的分散，同时，水含量过多不利于后续的干燥，增加干燥时间。优选地，丙酮-水混合溶液的使用量是按照每100克硅/钛混合粉加入85-150ml上述丙酮-水混合溶液。丙酮水溶液的使用量根据要添加的钛粉和硅粉的总量进行确定。采用上述的质量体积比，能够最大程度的将钛粉和硅粉分散在丙酮水溶液中，使得钛粉和硅粉二者混合更加均匀。同时，采用这个比例混合，后续干燥去除丙酮和水所用的条件最佳。优选地，钛粉的粒径为5-15微米。本专利技术实施例所采用的钛粉粒径能够充分的在丙酮水溶液中分散，同时该粒径范围的钛粉与硅粉制备得到的复合材料的晶粒尺寸更合适，稳定性更好，同时，颗粒的分布也更加均匀。优选地，采用的硅粉的粒径为2-7微米。本专利技术实施例所采用的硅粉粒径能够充分的在丙酮水溶液中分散，进而，更容易与钛粉混合均匀。同时该粒径范围的硅粉与硅粉制备得到的复合材料的晶粒尺寸更合适，稳定性更好，同时，颗粒的分布也更加均匀。优选地，添加钛粉和硅粉后，利用超声震荡和电动搅拌同时进行10-30分钟后，继续单独进行电动搅拌1-3h。混合均匀首先是同时对混合物采用超声震荡以及电动搅拌。电动搅拌从宏观上对液体进行混合，单独采用电动搅拌难以到达充分混合均匀，但其搅拌速度较快，功率也相对较大。超声震荡则是从微观角度对液体进行混合，混合均匀程度高，混合更细腻、充分。将二者结合起来能够取长补短，使得搅拌混合均匀的程度提升同时，提升混合的速度，节约生产时间。超声震荡虽然可以使得物料混合更加均匀，但是长时间使用超声震荡可能使得溶液的温度升高，可能造成钛粉发生反应，进而影响后续复合材料的生成。因此，采用超声震荡和电动搅拌一段时间将丙酮水溶液、钛粉和硅粉混合达到一定程度后，再单独采用电动搅拌进行搅拌一段时间，即可达到钛粉和硅粉充分分散且混合均匀的效果。优选地，超声震荡的震荡功率为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ti

【技术特征摘要】
1.一种Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：以重量份计，将91-98份钛粉和2-9份硅粉依次加入丙酮-水混合溶液中进行混合后，再依次进行室温干燥、冷压成型以及烧结；其中，所述丙酮-水混合溶液中丙酮和水的体积比为1.5-2.5:1。2.根据权利要求1所述的Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，将所述硅粉、所述钛粉加入所述丙酮-水混合溶液中进行混合是利用超声震荡和电动搅拌同时进行10-30分钟后，继续单独进行电动搅拌1-3h。3.根据权利要求2所述的Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，超声震荡的震荡功率为1800-2400w，震荡频率为40-60KHz，电动搅拌的搅拌速率为250-360r/min。4.根据权利要求1所述的Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述丙酮-水混合溶液的使用量是按照每100克硅/钛混合粉加入85-150ml所述丙酮-水混合溶液。5.根据权利要求1所述的Ti5Si3近等轴颗粒增强钛基复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新疆，贺盟，宋峰，魏志平，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32