[发明专利]钛基复合材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明为一种在纯钛或钛合金母材加入陶瓷或磁性粉末强化复合材料铸造、烧结或加压方式制成具有母材与复合材料两者物理或化学、电气性质兼具的钛基复合材料及其制造方法。

背景技术

按，习知钛合金具有高强度、重量轻、高的耐热性的特征，因此大量使用于需要高比强度的场合。为拓展相关应用，已有多种以复合方式与相关制程改良其基础物性，如韧性、抗拉与降伏强度为目的的相关技术开发，但是习知的钛合金由于其较低耐磨耗性与低导热性的问题，故目前所披露的相关技术内容仍不可或不确定能运用于摩擦或具有摩擦、导热要求的零组件中，使其应用受限。

此外，为使钛与其合金产生原先所不具有的特征，亦可添加具有电磁特性的成分，则复合后材质将具有等同添加量的电磁特性，如压电效应、焦电效应、磁力效应等，可应用于各种特定的领域。

例如增加导热、耐磨、表面硬度可藉由在钛金属母材视实施需要添加其中一种或数种含有10％以上成分的碳化物、氮化物、氧化物、硼化物等成分的陶瓷材料。

对于需要压电效应、焦电效应者，可以视实施需要添加其中一种或数种含有10％以上成分的钛酸盐、铌化物、钡化物、锶化物、钽化物、钇化物或铁电体等成分的粉末材料。

对于需要磁力效应可视实施需要添加其中一种或数种含有10％以上成分的钕铁硼化合物或钐钴化合物等磁性粉末混入制成复合性质磁铁，增加强磁性体的物理特性，更适于成形、抵抗环境影响。

在相关先前专利技术及习知技术文献方面，如美国发明专利号码US5897830号「P/M titanium composite casting」发明专利案，为如同上述习知的钛合金一般，仍存有该习知钛合金材料低耐磨耗性与低导热性的问题，而无法应用于需高耐磨耗性与高导热性的车辆零组件中的缺点，更无多样性的材料性质呈现。

发明内容

上述习知钛合金与习知先前专利技献、技术文献所揭示的钛合金材料，存有较低耐磨耗性与低导热性、或仅具单纯机械性质的问题与缺点。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：本发明的钛基复合材料，该钛基复合材料选自α相纯钛或钛合金母材，α相+β相纯钛或钛合金母材，β相纯钛或钛合金母材，或者Omega相介金属钛母材，并添加其中至少一种含有10％以上成分的碳化物、氮化物、氧化物或硼化物的陶瓷粉末强化复合材料，或是添加其中至少一种含有10％以上成分的钛酸盐、铌化物、钡化物、锶化物、钽化物、钇化物成分或铁电体的粉末强化复合材料，或是添加其中至少一种含有10％以上成分的钕铁硼化合物或钐钴化合物的磁性粉末强化复合材料，再以10％～70％总体积比例的粉末强化复合材料与该钛金属母材混合后，以铸造或烧结、或者加压方式制成。

上述本发明的钛基复合材料，其中，该粉末强化复合材料为含有10％以上成分的碳化物陶瓷构成。

上述本发明的钛基复合材料，其中，该粉末强化复合材料为含有10％以上成分的氮化物陶瓷构成。

上述本发明的钛基复合材料，其中，该粉末强化复合材料为含有10％以上成分的氧化物陶瓷构成。

上述本发明的钛基复合材料，其中，该粉末强化复合材料为含有10％以上成分的硼化物陶瓷构成。

上述本发明的钛基复合材料，其中，该粉末强化复合材料为含有10％以上成分的钛酸盐构成。

上述本发明的钛基复合材料，其中，该粉末强化复合材料为含有10％以上成分的铌化物构成。

上述本发明的钛基复合材料，其中，该粉末强化复合材料为含有10％以上成分的钡化物构成。

上述本发明的钛基复合材料，其中，该粉末强化复合材料为含有10％以上成分的锶化物构成。

上述本发明的钛基复合材料，其中，该粉末强化复合材料为含有10％以上成分的钽化物构成。

上述本发明的钛基复合材料，其中，该粉末强化复合材料为含有10％以上成分的钇化物构成。

上述本发明的钛基复合材料，其中，该粉末强化复合材料为含有10％以上成分的铁电体构成。

上述本发明的钛基复合材料，其中，该粉末强化复合材料为含有10％以上成分的钕铁硼化合物构成。

上述本发明的钛基复合材料，其中，该粉末强化复合材料为含有10％以上成分的钐钴化合物构成。

本发明的钛基复合材料的制造方法，其步骤包括：

(a)加热至熔解，将自α相相纯钛或钛合金母材，α相+β相纯钛或钛合金母材，β相纯钛或钛合金母材，或者Omega相介金属钛母材以混合10％～70％总体积比例的陶瓷粉末强化复合材料，加热至熔解形成铸液；