[发明专利]一种TiAl金属间化合物多孔隔热材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属间化合物多孔材料的制备方法，特别是涉及一种TiAl金属间化合物多孔隔热材料的制备方法。

背景技术

多孔材料由于兼有优异的力学物理特性，在航空航天、能源、化工和冶金等众多工业领域拥有巨大的应用潜力。多孔材料的高孔隙率，使其具有较小的密度和低的热传导系数，造成巨大的热阻及较小的体积热容，被广泛应用成为保温隔热材料。普通的金属多孔材料抗腐蚀性能差、高温性能不足，而普通多孔陶瓷则往往存在质脆且不抗热震、强度较低，难以焊接组件化的问题。TiAl金属间化合物密度小(密度为3.7～3.9g·cm^-3)，比强度和比模量高(在室温～700℃温度范围内，其屈服强度和断裂强度分别达到350～600MPa和440～700MPa，弹性模量为160～180GPa)，在850℃以下具有良好的抗高温氧化性能(其抗氧化极限可达800～950℃)等优点，被认为是航空航天领域未来理想的高温结构材料，受到了国内外的广泛关注和深入研究。因此，兼有优良隔热性能和高温强度、易加工组装的TiAl金属间化合物多孔材料成为新的研究热点，用其作高温隔热材料将极大地拓宽金属隔热材料的应用领域，适应更加苛刻的服役条件。

目前关于多孔TiAl金属间化合物材料制备方面的研究报道多采用元素粉末冶金工艺路线。中南大学贺跃辉等提出了以固相反应及kirkendall扩散为特征的三阶段粉末烧结工艺，制备出具有纳米微孔结构的多孔TiAl金属间化合物材料(孔隙度可达60％)，并成功应用于工业过滤材料[Fabrication of Ti-Al Micro/Nanometer-SizedPorous Alloys through the Kirkendall Effect，Advanced Materials，2007，19，2102-2106]。韩国仁荷大学M.S.Kim等采用Ti、Al元素混合粉末温挤成型-反应烧结工艺，制备出了具有单向孔隙结构的多孔TiAl金属间化合物材料(孔隙度25％～35％)[Fabrication ofunidirectional porous TiAl Mn intermetallic compounds byreactive sintering using extruded powder mixtures，Intermetallics，2003，11，849-855]。北京科技大学林均品等通过对Ti、Al和Nb元素粉末反应合成高Nb-TiAl微孔金属间化合物(孔隙度可达30～60％)[Effect of Nb on porestructure and tensileproperty of Ti-48Al cellular alloy，Journal of Alloys andCompounds，2008，456，297-303]。现有的研究普遍存在工艺复杂，成本较高，氧和杂质含量难以控制等问题，而且难以获得高孔隙度(＞60％)、大孔径(＞100μm)的多孔材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单，成本较低，氧和杂质含量容易控制，而且容易获得高孔隙度、大孔径多孔材料的TiAl金属间化合物多孔隔热材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的TiAl金属间化合物多孔隔热材料的制备方法，原料是高纯Ti粉和高纯Al板，高纯Ti粉的粒度分布均匀100μm～150m，氧含量＜0.2％，高纯铝板的纯度≥99.9％；其特征是：

(1)、多孔Ti基体的制备：在粉末轧机上根据实际要求控制孔隙度和尺寸将Ti粉冷轧成多孔Ti基体板坯；

(2)、真空熔渗反应：根据Ti-40～50at.％Al成分配比制成熔渗预制坯，即将高纯Al板置于多孔Ti基体板坯之上，平稳放置于真空烧结炉内进行熔渗烧结，真空度为大于1×10^-3Pa，熔渗过程采用进行双温反应熔渗，第一阶段以25～35℃/min快速升温至750～850℃，保温时间为1.5～2.5h，随后以4～6℃/min缓慢升温至1250～1350℃，保温时间为0.5～1.5h，随炉冷至室温。

预制坯放入真空烧结炉内时在上面盖一层厚度为4～6mm的钼板，以防止熔渗过程中预制坯发生变形。