[发明专利]一种钛铝化合物基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学，特别提供了一种钛铝化合物基复合材料的制备方法。 

背景技术

现有技术中，近几年在人们对SiC纤维(CVD)等增强金属基复合材料的基体的相关研究中，TiAl金属间化合物由于优越的高温性能而受到了广泛重视。 

与Ti合金相比，SiC纤维(CVD)等增强金属基复合材料的密度更低，高温强度更高，并且具有优良的抗氧化性。这些特性使它能够更好的满足在高温下工作的需求。Ti合金基复合材料的工作温度在600℃以下，而TiAl化合物基的可将其提升到700℃以上，这将极大的提升飞机发动机等的设计空间。但TiAl基合金的室温塑性很低，属于极难塑性加工材料。通常，在700℃以下温度范围内，它的塑性很差，其伸长率一般仅有2％～3％，无法进行塑性加工。在大于1100℃高温下，虽然它的塑性有所改善，但变形抗力仍然很大，其流动应力一般高达200MPa，且要求变形时保持相当低的应变速率(1×10^-31/s)，因而对其进行塑性加工成形的难度亦非常大，。因此，在使用真空扩散结合法制备SiC纤维增强TiAl化合物基复合材料时，需要很高的温度和压力，这使纤维与基体的界面反应程度增加，产生脆性相，同时也增加了纤维的损伤，造成复合材料性能降低。另一方面，TiAl化合物与SiC纤维之间热膨胀系数相差较大，在复合材料冷却过程中，由于基体塑性变形能力差，不能通过自身的塑性变形或流动及时释放热残余应力，导致在界面附近基体内拉应力过高，诱发横、纵向裂纹产生；具体参见参考文献1：J.F.Farraro and N.S.Stoloff，Intermetallics，，1994，2(2)：95-101；参考文献2：Sarala Djanarthany，Jean-Claude Viala，Jean Bouix，Mater.Sci.Eng.A，2001，300：211-218；参考文献3：A.Brunet，R.Valle，A.Vassel，Acta mater.，2000，48：4763-4774。

人们希望获得一种技术效果更好的金属间化合物基复合材料的制备方法。 

发明内容

本发明的目的是提供一种技术效果更好的钛铝化合物基复合材料的制备方法。 

本发明提供了一种SiC纤维增强钛铝化合物基复合材料的制备方法，其特征在于：所述钛铝化合物基复合材料的制备方法是；首先将单质Ti层和单质Al层交替沉积在增强体材料外部表面上，然后在一定温度下进行真空压制，扩散结合形成复合材料。 

本发明所述钛铝化合物基复合材料的制备方法，其特征在于：所述钛铝化合物基复合材料所使用的原料中单质Ti层和单质Al层的质量相对比例关系为：1∶3～3∶1；单质Ti层和单质Al层的层厚范围分别是0.5～2μm；在增强纤维外部的单质Ti层和/或单质Al层分层依次分别制备，优选方案中最内层为单质Ti层，最外层为单质Al层。 

所述钛铝化合物基复合材料的制备方法是：将制备钛铝化合物基复合材料所用的原料单质Ti层和单质Al层沉积到SiC纤维上，然后在500～700℃温度条件下采用真空热压或热等静压进行压制成型，扩散结合形成复合材料；压制时间是1～3小时，压力大小为50～150MPa； 

然后在继续施压或撤除外施压力的条件下进行高温均匀化处理，高温均匀化处理的温度条件是700～900℃，高温均匀化处理的时间范围是0.5～4小时。 

在所述增强体材料上分层制备单质Ti层或/和单质Al层所采用的具体制备方法优选是物理气相沉积法。具体要求取决于该元素与SiC纤维表面涂层之间的反应，以反应程度较弱的元素为内层，以变形及粘合能力较好的Al为外层。 

本发明的一个优选内容是，依次采用下述方案制备钛铝化合物基复合材料是： 

复合材料的制备过程具体分为以下过程：SiC纤维增强体材料外部单质Ti层和单质Al层制备、制作纤维预制带、除胶、热压成型、高温均匀化和冷却； 

首先在SiC纤维增强体材料上应用物理气相沉积法分层制备单质Ti层和单质Al层；制备成Ti、Al膜多次叠加的SiC复合丝；具体而言，复合丝使用对靶磁控溅射仪制备，首先使用绕线机组将SiC纤维增强体材料以一定间距平行缠绕在特制转轮架上，装入磁控溅射仪真空腔内，腔内两对靶 分别安装纯Ti和纯Al，分时间段在SiC纤维增强体材料表面溅射Ti膜和Al膜，其中最内层为Ti，最外层为Al；