一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铁基复合材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102277533A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102277533A(43)申请公布日2011.12.14(21)申请号201110209555.3(22)申请日2011.07.26(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人姜启川靳慎豹沈平王慧远周东帅(74)专利代理机构长春吉大专利代理有限责任公司22201代理人朱世林王寿珍(51)Int.Cl.C22C38/28(2006.01)C22C33/02(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铁基复合材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铁基复合材料及其制备方法。采用燃烧合成化学反应法与热压技术，制备原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铁或铁合金基复合材料，原位反应合成的TiC陶瓷颗粒的尺寸在100纳米以下，重量百分比含量在5-20。其制备方法：将反应物粉料混合制坯；先后在滚筒式球磨机和研钵中混合均匀；在室温下压制反应预制块；将装有预制块的石墨模具放入燃烧反应炉中引发燃烧反应，并对预制块施加轴向压力、保压、随炉冷却至室温，即合成纳米TiC陶瓷颗粒增强纯铁或铁合金基复合材料。其主要特点是：纳米TiC原位生成；陶瓷颗粒表面纯净，与基体的界面结合强度高；纳米TiC陶瓷颗粒在基体中分布均匀等。CN102753ACCNN110227753302277536A权利要求书1/1页1.一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铁或铁合金基复合材料，其特征在于，利用燃烧合成化学反应法与热压方式，原位制备出TiC陶瓷颗粒尺寸小于100纳米，其重量百分比含量为5-20的纯铁基或铁合金基复合材料，即增强相纳米TiC颗粒的重量百分比含量为5-20，基体纯铁或铁合金的重量百分比含量为95-80，铁合金为Fe-8～12Cr-1Mo-1V-0.3～1.0C，包括Fe-12Cr-1Mo-1V-1.0C和Fe-10Cr-1Mo-1V-0.3C。2.如权利要求1所述的一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铁或铁合金基复合材料的制备方法，其特征在于，工艺步骤为：1)反应体系纯铁-钛-碳纳米管；铁合金-钛-碳纳米管铁合金Fe-8～12Cr-1Mo-1V-0.3～1.0C其中，反应用Fe粉、Ti粉、Cr粉、Mo粉和V粉的粒度均为48微米，而碳纳米管的长度约为30微米，直径为20-30纳米。2)反应物压坯的制备步骤1配料：取Ti粉，碳纳米管，和铁或铁合金中对应元素的粉料配料。其中，钛和碳纳米管的比例按摩尔比为1∶1，基体铁或铁合金含量重量百分比为80～95。步骤2混料：将配好的粉料在滚筒式球磨机内混合6～8小时，随后将混合后的粉末在研钵中手混15～20分钟使粉末混合均匀。步骤3压制成型：取混合后的粉料放入模具中，在室温下压制成直径为28±0.5毫米、高度为40-50毫米的圆柱形反应预制块，预制块密度为混合粉料理论密度的70±5.0％。步骤4纳米TiC陶瓷颗粒增强纯铁或铁合金基复合材料的制备：将预制块放入石墨模具中，然后在预制块上端部位放入一高强度石墨压杆。将装有预制块的石墨模具放入一带有液压装置的氩气气氛保护的燃烧反应炉中以40度每分钟的升温速率将预制块加热至800～1000摄氏度，引发燃烧反应。一旦燃烧反应发生，立即对预制块施加40±5.0MPa的轴向压力，保压30～40秒后随炉冷却至室温，制备出纳米TiC陶瓷颗粒增强纯铁或铁合金基复合材料。3.根据权利要求2所述的一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铁或铁合金基复合材料的制备方法，其特征在于，所述铁合金包括Fe-12Cr-1Mo-1V-1.0C。4.根据权利要求2所述的一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铁或铁合金基复合材料的制备方法，其特征在于，所述铁合金包括Fe-10Cr-1Mo-1V-0.3C。2CCNN110227753302277536A说明书1/4页一种原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铁基复合材料及其制备方法技术领域[0001]本发明属于新型颗粒增强金属基复合材料应用领域，尤其是涉及一种新的原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铁或铁合金基复合材料的制备方法。背景技术[0002]随着我国机械、冶金等领域的高速、可持续发展，对材料综合性能的要求越来越高。由于陶瓷-金属基复合材料能够将金属良好的导热、导电及好的塑性与陶瓷的耐高温、耐磨损及耐腐蚀性有效的结合起来，因而得到了广泛关注。通常来讲，作为增强相的陶瓷颗粒的尺寸越小，则增强效果越好。因此，制备纳米尺寸，即小于100纳米的陶瓷颗粒增强金属基复合材料已经成为复合材料一个重要发展的方向。然而目前，世界上未见关于采用燃烧合成化学反应法与热压技术，制备原位纳米TiC陶瓷颗粒增强铁或铁合金基复合材料