一种钛/碳化钛叠层复合材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107825806A(43)申请公布日2018.03.23(21)申请号201711105048.9B32B9/00(2006.01)(22)申请日2017.11.10B32B9/04(2006.01)(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人程兴旺谭友德马帅张洪梅吴世平(74)专利代理机构北京理工正阳知识产权代理事务所(普通合伙)11639代理人唐华(51)Int.Cl.B32B37/06(2006.01)B32B37/10(2006.01)B32B38/16(2006.01)B32B15/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称一种钛/碳化钛叠层复合材料的制备方法(57)摘要本发明涉及一种钛/碳化钛叠层复合材料的制备方法，属于金属/陶瓷叠层复合材料制备技术领域。该方法是由一层Ti和一层TiC依次循环交替叠加，采用真空热压炉在高纯氩气保护下，在一定的温度和压力下，让Ti与C之间发生扩散反应，原位形成TiC陶瓷相，然后与未反应完的Ti形成TiC/Ti叠层结构复合材料。本发明的复合材料有较高的抗弯强度(可超过700MPa)和较好的断裂韧性(可超过22MPa·m1/2)。该叠层复合材料与TiC陶瓷相比，韧性有显著的提高。另外TiC与Ti的弹性模量不同，且Ti金属具有塑性，能有效地抑制材料中裂纹扩展，提高复合材料可靠性。该叠层复合材料制备不需要预先制备陶瓷基片，能简化制备工艺，降低成本，具有实用价值。CN107825806ACN107825806A权利要求书1/1页1.一种钛/碳化钛叠层复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、将钛片和碳纸剪裁成所需形状，需保证钛片的厚度与碳纸的厚度比在4～6:1；步骤二、将清洗后的钛片和碳纸依次循环交替叠加，再放入石墨模具中，其中钛片的数目与碳纸的数目相同；步骤三、将装有钛片和碳纸的石墨模具放置在真空热压炉中，对真空热压炉炉膛抽真空或者充填氩气，然后将炉膛由室温升温至1300℃～1600℃，施加压力至8～30MPa条件下保压，烧结1～5h后，卸载压力，随炉冷却至室温后取出，得到所述钛/碳化钛叠层复合材料。2.如权利要求1所述的一种钛/碳化钛叠层复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中的钛片与碳纸的纯度高于99.5％，钛片的厚度为0.08～0.6mm，碳纸的厚度是0.02～0.1mm。3.如权利要求1所述的一种钛/碳化钛叠层复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中的钛片在使用前用砂纸进行打磨，用氢氟酸和硝酸的混合溶液浸泡5～10min，然后用去离子水超声清洗干净，取出烘干。4.如权利要求1所述的一种钛/碳化钛叠层复合材料的制备方法，其特征在于：步骤三中的升温的升温速率是10℃/min，抽真空的真空度小于5×10-3Pa。5.如权利要求1所述的一种钛/碳化钛叠层复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中的充填氩气，需保证充填氩气后炉膛气氛压力是压力为0.8～1.4MPa。6.如权利要求1所述的一种钛/碳化钛叠层复合材料的制备方法，其特征在于：所述钛/碳化钛叠层复合材料由一层钛和一层碳化钛依次交替循环排列而成，其中每一钛层的厚度是30～60μm，每一碳化钛层的厚度是30～60μm。2CN107825806A说明书1/5页一种钛/碳化钛叠层复合材料的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种钛/碳化钛(Ti/TiC)叠层复合材料的制备方法，属于金属/陶瓷叠层复合材料制备技术领域。背景技术[0002]TiC陶瓷含有离子键，具有本征脆性，其抗弯强度约550MPa，断裂韧性比较低(小于5MPa·m1/2)，严重限制了TiC陶瓷材料的在工程领域的应用，如何增加陶瓷材料的韧性和可靠性，一直是当前科学界的一个难题。Ti是一种质轻且比较稳定的过渡金属，具有耐腐蚀，耐高温等优异的性能而广泛应用于航空航天、医疗器械、体育用品等领域。Ti的活性较高，可以用来改善陶瓷界面的湿润性，从而改善陶瓷材料的力学性能。[0003]叠层结构复合材料就是人们从生物结构材料中得到启发，将硬质相和软质相交替叠加，采用一定的工艺处理后得到的层状复合材料，这种叠层结构材料能大大的提高陶瓷等脆性材料的断裂韧性。早在1990年英国的Clegg等人首次利用这种仿生结构设计，模拟叠层结构制备出SiC陶瓷与石墨的层状复合材料，让SiC陶瓷的断裂韧性提高了近4倍，并在《nature》杂质上发表该成果。叠层复合材料的主要优势是存在多界面，裂纹经过不同的界面时能有效地偏转，从而提高材料的断裂韧性。[0004]现有的金属/陶瓷叠层复合材料制备过程中，陶瓷层的制备需要将陶瓷粉配成浆料，经过成型后烧结