本发明专利技术公开了一种(TiC+Ti)/Mg层状复合材料及其制备方法。该复合材料的制备方法，包括如下步骤：采用冷冻铸造和原位生成的方法，制备了层状多孔TiC陶瓷骨架，结合气压浸渗将镁合金完全浸入陶瓷骨架中，得到层状结构的(TiC+Ti)/Mg复合材料。本发明专利技术得益于层状结构所引起的如多裂纹扩展、裂纹钝化和偏转以及金属层和陶瓷片的拔出等多种增韧机制，该复合材料具有良好的抗压强度、抗弯强度、抗拉强度、断裂韧性、耐磨性能和阻尼性能。该复合材料有望应用于对高性能轻质耐磨材料需求较大的航空航天、汽车和通信等领域。汽车和通信等领域。汽车和通信等领域。
【技术实现步骤摘要】
一种(TiC+Ti)/Mg层状复合材料及其制备方法
：
[0001]本专利技术涉及镁基复合材料
，具体涉及一种(TiC+Ti)/Mg层状复合材料及其制备方法。
技术介绍
：
[0002]镁及其镁合金是最轻的结构材料之一，具有高的比强度、比刚度，良好的尺寸稳定性、减振性、抗电磁干扰及屏蔽性，在航空航天、汽车、通信、电子等领域越来越受到重视。然而，其绝对强度较低、塑性有限和刚度不足等缺点限制了它的应用范围。近年来，人们通过向Mg及其合金中引入增强相，改善其综合性能。研究表明，当加入适量的硬质陶瓷颗粒时，镁及其合金的强度得到了提升。但当陶瓷颗粒含量过高时，镁基复合材料的韧性急剧降低，这不利于高强韧镁基复合材料的制备，限制了高陶瓷含量镁基复合材料的应用。因此，需要寻求一种新方法来调节陶瓷颗粒与铝基体之间的强化关系，从而解决陶瓷颗粒增强镁基复合材料的高强韧性匹配问题。
[0003]随着仿生材料的发展，为解决这一难题提供了一个有前景的方法
‑
仿贝壳结构。人们发现由脆性矿物(95vol％)和少量生物聚合物(5vol％)组成的珍珠层展现出前所未有的强度，且断裂韧性至少比其组分高出一个数量级，这可归因于其复杂的"砖泥"层状结构。大量研究表明，模仿贝壳珍珠层结构的高陶瓷含量(20
‑
30vol％)金属基复合材料兼具良好的强度和韧性。而众多仿贝壳结构的方法中，“冷冻铸造”由于操作简单、成本低廉、可调控多孔材料的微观结构等优点而获得越来越多的关注。近年来，国内外学者们开始应用冷冻铸造制备镁基仿贝壳材料。在众多陶瓷颗粒增强相中，TiC具有高硬度、高熔点和优异的耐磨性等优点，这些优点使其成为仿贝壳结构的镁基复合材料中极具优势的增强相，而且关于采用冷冻铸造及熔渗法制备(TiC+Ti)/Mg层状复合材料的研究鲜有报道。本专利技术专利采用一定比例的TiH2和石墨粉，通过冷冻铸造制备出层状的多孔预制体，通过原位烧结合成出Ti和TiC，并通过调控TiH2和石墨粉的比例，获得不同配比的Ti和TiC，再将镁熔体浸渗入预制体，从而获得(TiC+Ti)/Mg层状复合材料。该复合材料可通过调控反应生成的TiC和Ti的比例使其具有高强度、高韧性和高耐磨的综合力学性能，还兼具良好的阻尼性能。
技术实现思路
：
[0004]本专利技术解决了高陶瓷含量的镁基复合材料韧性差的问题，提供一种(TiC+Ti)/Mg层状复合材料及其制备方法，本专利技术得益于层状结构所引起的多种增韧机制，通过调控反应生成的TiC和Ti的比例使该复合材料具有良好的力学性能。该复合材料可应用于对高性能轻质结构材料需求较大的航空航天、汽车和通信等领域。
[0005]本专利技术提供一种(TiC+Ti)/Mg层状复合材料的制备方法，包括如下步骤：使用单向冷冻模具冷冻由TiH2粉、石墨粉、聚丙烯酸铵和中性硅溶胶组成的浆料，通过调控TiH2和石墨粉的比例，采用原位烧结制备出不同比例的(TiC+Ti)多孔陶瓷骨架，采用气压浸渗将镁基体完全浸入多孔陶瓷骨架中，得到层状结构(TiC+Ti)/Mg复合材料。
[0006]在浸渗过程中，多孔陶瓷骨架的陶瓷片层基本保持完整，而层间孔隙被熔融的镁合金完全填充，形成了层状结构。该复合材料可通过调控反应生成的TiC和Ti的比例来赋予其良好的强度和韧性。
[0007]优选地，所述的制备方法，具体包括如下步骤：
[0008](1)混粉：将TiH2粉和石墨粉倒入容器中，再加入水、聚丙烯酸铵和中性硅溶胶，充入高纯氩气，球磨1
‑
3h后得到颗粒分散均匀的浆料；
[0009](2)冷冻：将所述的单向冷冻模具置于
‑
30℃
‑
(
‑
35℃)的冷冻容器中，然后倒入步骤(1)得到的浆料冷冻1.0
‑
1.5小时，脱模后得到陶瓷层和冰层交替排列的块体；
[0010](3)低温干燥：在低温干燥机中低温干燥24
‑
48小时后得到干燥的生坯；
[0011](4)烧结：在惰性气体的保护下将生坯进行烧结，得到层状多孔陶瓷骨架；
[0012](5)浸渗：将层状多孔陶瓷骨架和镁合金依次放入石墨模具中，然后将模具放入真空反应容器中，先在常温下抽真空至10Pa以下，升温至750℃
‑
850℃并保温，然后向真空炉内通入高纯氩气，使金属液渗入到陶瓷骨架内，得到层状结构(TiC+Ti)/Mg复合材料。
[0013]本专利技术采用冷冻铸造和原位生成的方法，制备了层状多孔(TiC+Ti)陶瓷骨架，结合气压浸渗将镁合金完全浸入陶瓷骨架中，得到层状结构的(TiC+Ti)/Mg复合材料。
[0014]优选地，所述的单向冷冻模具，包括恒温冷冻容器，恒温冷冻容器底部设置有导热液体和金属柱，金属柱浸没于导热液体内，所述的金属柱顶部设置有金属板，金属板顶部设置有放置浆料的聚四氟乙烯管。
[0015]进一步优选，所述的导热液体为酒精，金属柱和金属板的材料为铜。恒温冷冻容器为恒温冰柜。
[0016]优选地，步骤(1)具体步骤为：将一定比例的TiH2粉和石墨粉倒入球磨罐中，再加入水、聚丙烯酸铵和中性硅溶胶，充入高纯氩气并球磨2小时，得到颗粒分散均匀的浆料。步骤(3)所述的低温干燥的条件为低温(即温度＜
‑
60℃)、低压(即压力＜10Pa)。
[0017]优选地，步骤(1)所述的TiH2粉和石墨粉的总体积占浆料总体积的20％
‑
50％，聚丙烯酸铵占浆料总体积的1％
‑
1.5％，中性硅溶胶占浆料总体积的0.8％
‑
1％。进一步优选，所述的TiH2粉和石墨粉的总体积占水基浆料总体积的28％
‑
30％。
[0018]优选地，所述的TiH2粉和石墨粉的质量比为4
‑
8:1。进一步优选，TiH2粉和石墨粉的质量比为30
‑
35:6(5:1
‑
35:6)。
[0019]优选地，步骤(4)的具体步骤为：首先将低温干燥后的生坯放入真空烧结炉中，然后抽出烧结炉中空气，在真空表数值达到
‑
0.1MPa以下时，向真空炉中持续通入纯度为99.9％的惰性气体，保持气压在0MPa，进行常压烧结，以8
‑
12℃/min的速率升温，分别在500℃保温25
‑
35分钟、1000℃保温0.8
‑
1.2小时、1500℃保温1
‑
1.5小时，最后以8
‑
12℃/min的降温速率将温度降至300℃后随炉冷却，得到层状多孔陶瓷骨架。惰性气体为氩气。
[0020]优选地，步骤(5)所述的层状多孔陶瓷骨架和镁合金的质量比为3:7
‑
8。
[0021]本专利技术还保护通过上述制备方法得到的(TiC+Ti)/Mg层状复合材料。复合材料的陶瓷含量为28％
‑
50％本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种(TiC+Ti)/Mg层状复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：使用单向冷冻模具冷冻由TiH2粉、石墨粉、聚丙烯酸铵和中性硅溶胶组成的浆料，通过调控TiH2和石墨粉的比例，采用原位烧结制备出不同比例的(TiC+Ti)多孔陶瓷骨架，采用气压浸渗将镁基体完全浸入多孔陶瓷骨架中，得到层状结构(TiC+Ti)/Mg复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)混粉：将TiH2粉和石墨粉倒入容器中，再加入水、聚丙烯酸铵和中性硅溶胶，充入高纯氩气，球磨1
‑
3h后得到颗粒分散均匀的浆料；(2)冷冻：将单向冷冻模具置于
‑
30℃
‑
(
‑
35℃)的冷冻容器中，然后倒入步骤(1)得到的浆料冷冻1.0
‑
1.5小时，脱模后得到陶瓷层和冰层交替排列的块体；(3)低温干燥：在低温干燥机中低温干燥24
‑
48小时后得到干燥的生坯；(4)烧结：在惰性气体的保护下将生坯进行烧结，得到层状(TiC+Ti)多孔陶瓷骨架；(5)浸渗：将层状(TiC+Ti)多孔陶瓷骨架和镁合金依次放入模具中，接着将模具放入真空反应容器中，先在常温下抽真空至10Pa以下，升温至750℃
‑
850℃并保温，然后向真空炉内通入高纯氩气，使金属液渗入到陶瓷骨架内，得到层状结构(TiC+Ti)/Mg复合材料。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述的单向冷冻模具，包括恒温冷冻容器，恒温冷冻容器底部设置有导热液体和金属柱，金属柱浸没于导热液体内，所述的金属柱顶部设置有金属板，金属板顶...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖华强，林波，聂蒙，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。