一种Ti2AlC自润滑、耐热结构材料的制备方法。其特征是制备步骤如下：1.将Ti粉和Al粉按原子比配料、球磨；球磨后的TiAl粉末和碳纳米管或石墨粉末进行物理分散；物理分散后的TiAl/础纳米管或TiAl/石墨粉末进行等离子烧结固结。本发明专利技术方法的固结温度为700～1100℃，比现有技术低约300～700℃，实现低温条件下制备Ti2AlC自润滑耐热结构材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种航空航天及石油化工领域用自润滑耐热结构材料的制备方法。
技术介绍
Ti2AlC是一种Mn+1AXn型化合物，集金属和陶瓷的优良性能于一身，如耐氧化、耐热 震、耐腐蚀、高弹性模量、高断裂韧性，良好的导电性能等。除此之外，Ti2AlC还具有优良的 自润滑特性和良好的可加工性能。因此，该材料可作为高温发动机连杆、飞机燃气涡轮发动 机喷嘴阀、超音速飞机、火箭发动机喷管和垫圈、高温热交换器、燃气轮机的燃烧室、航天器 的热防护系统等结构的备选材料，以及石油化工领域中高温化学腐蚀条件下工作的各类减 磨件的候选材料，如化学反应釜搅拌器和风扇的轴承、特殊机械密封件等。然而，由于C与 其他组元的润湿性较差，以及Al的高温挥发等原因，致使Ti2AlC的合成相区窄、合成温度 高，一般高于1400°C，限制了该材料的制备及应用。降低Ti2AlC自润滑耐热结构材料的合 成温度，探索新型材料合成方式成为目前研究热点。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服合成温度高的缺陷，提出一种较低温度的制备方法。以Ti粉、Al粉和碳纳米管或石墨粉作为起始原料，通过机械球磨、物理分散以及 放电等离子烧结技术制备Ti2AlC自润滑耐热结构材料，制备步骤如下1.将Ti粉和Al粉按原子比Ti Al为2 0. 9 1. 5配料，然后在纯度大 于99. 99%的氩气气氛下球磨，球磨工艺球料比为5 1 50 1，球磨转速为100 600rpm，球磨时间为5 70h ；2.将球磨后的TiAl粉末和碳纳米管或石墨粉末按原子比Ti Al C为 2 0. 9 1. 5 1 1. 5进行物理分散，分散工艺球料比为1 1 10 1，分散转速 为20 400rpm，分散时间为5 70h ；3.将物理分散后的TiAl/碳纳米管或TiAl/石墨粉末进行等离子烧结固结，固结 工艺固结温度为700 1100°C，固结压力为1 lOOMPa，真空度为为0. 01 lOOPa，固结 时间为anin 2h，升温速度为5 200°C /min,降温速度为5 200°C /min。本专利技术采用Ti、Al混合粉末作为起始机械球磨原料，通过控制球磨工艺，获得具 有大量塑性变形、细小晶粒结构及颗粒尺寸的TiAl合金粉末，随后将球磨所得TiAl合金粉 末和碳纳米管或石墨粉进行混合，获均勻分散的TiAl/碳纳米管或TiAl/石墨复合粉末，然 后利用放电等离子烧结技术制备Ti2AlC自润滑耐热结构材料。本专利技术采用经机械球磨后细 小、均勻的TiAl/碳纳米管或TiAl/石墨复合粉末和放电等离子烧结技术作为制备Ti2AlC 材料的起始原料和合成方式，因球磨过程中粉末颗粒引入了大量的塑性变形以及粉末颗粒 尺寸显著细化等原因，有效提高了粉末的烧结活性，从而降低材料的合成温度，固结温度为 700 110(TC，比现有技术低约300 70(TC，实现低温条件下制备Ti2AlC自润滑耐热结 构材料工艺路径，为Ti2AlC自润滑耐热结构材料在航空航天和石油化工领域的应用奠定基石出。附图说明图1为实施例1烧结后材料物相分析结果。 具体实施方案实施例1 以Ti粉、Al粉和碳纳米管为原料，采用机械球磨和放电等离子烧结技术 制备Ti2AlC自润滑耐热结构材料，步骤如下1.500目、纯度为99. 9%的Ti粉和325目、纯度为99. 9 %的Al粉，按原子比 Ti Al 为 2 1. 1 配料；2.将步骤1中的配料放入真空不锈钢球磨罐中，抽气，然后再充入纯度大于 99. 99%的氩气，重复抽气、充气4次，然后进行机械球磨，球磨工艺条件球料比为20 1， 球磨速度为400rpm，球磨时间为50h ；球磨后粉末发生了大量的塑性变形及合金化，部分球 磨粉末颗粒尺寸达到200nm ；3.将步骤2中所得的具有大量塑性变形的合金粉末与商用碳纳米管混合，利用球 磨机进行物理分散，其中碳纳米管的添加量满足原子比Ti Al C为2 1.1 1.1，分 散工艺球料比为2 1，分散时间为50h，分散转速为150rpm ；4.将步骤3中得到的混合粉末采用放电等离子烧结技术进行固结，固结工艺固 结温度为900°C，固结时间为20min，固结压力为60MPa，升温速度为100°C /min,降温速度为 IO0C /min。烧结后材料的物相分析结果如图1所示。权利要求1. 一种Ti2AlC自润滑、耐热结构材料的制备方法，其特征是制备步骤如下(一)将Ti粉和Al粉按原子比Ti Al为2 0.9 1.5配料，然后在纯度大于 99. 99%的氩气气氛下球磨，球磨工艺球料比为5 1 50 1，球磨转速为100 600rpm，球磨时间为5 70h ；(二)将球磨后的TiAl粉末和碳纳米管或石墨粉末按原子比Ti Al C为2 0.9 1.5 1 1.5进行物理分散，分散工艺球料比为1 1 10 1，分散转速为20 400rpm，分散时间为5 70h ；(三)将物理分散后的TiAl/碳纳米管或TiAl/石墨粉末进行等离子烧结固结，固结工 艺固结温度为700 1100°C，固结压力为1 lOOMPa，真空度为0.01 lOOPa，固结时间 为anin 2h，升温速度为5 200°C /min,降温速度为5 200°C /min。全文摘要一种Ti2AlC自润滑、耐热结构材料的制备方法。其特征是制备步骤如下1.将Ti粉和Al粉按原子比配料、球磨；球磨后的TiAl粉末和碳纳米管或石墨粉末进行物理分散；物理分散后的TiAl/础纳米管或TiAl/石墨粉末进行等离子烧结固结。本专利技术方法的固结温度为700～1100℃，比现有技术低约300～700℃，实现低温条件下制备Ti2AlC自润滑耐热结构材料。文档编号B22F3/105GK102139370SQ20111000835公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月14日 优先权日2011年1月14日专利技术者杨非, 蔡一湘 申请人:广州有色金属研究院本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种Ｔｉ２ＡｌＣ自润滑、耐热结构材料的制备方法，其特征是制备步骤如下：（一）将Ｔｉ粉和Ａｌ粉按原子比Ｔｉ∶Ａｌ为２∶０．９～１．５配料，然后在纯度大于９９．９９％的氩气气氛下球磨，球磨工艺∶球料比为５∶１～５０∶１，球磨转速为１００～６００ｒｐｍ，球磨时间为５～７０ｈ；（二）将球磨后的ＴｉＡｌ粉末和碳纳米管或石墨粉末按原子比Ｔｉ∶Ａｌ∶Ｃ为２∶０．９～１．５∶１～１．５进行物理分散，分散工艺∶球料比为１∶１～１０∶１，分散转速为２０～４００ｒｐｍ，分散时间为５～７０ｈ；（三）将物理分散后的ＴｉＡｌ／碳纳米管或ＴｉＡｌ／石墨粉末进行等离子烧结固结，固结工艺：固结温度为７００～１１００℃，固结压力为１～１００ＭＰａ，真空度为０．０１～１００Ｐａ，固结时间为２ｍｉｎ～２ｈ，升温速度为５～２００℃／ｍｉｎ，降温速度为５～２００℃／ｍｉｎ。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨非，蔡一湘，
申请(专利权)人：广州有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：81
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