[发明专利]一种原位混杂碳纳米管增强陶瓷基复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种碳纳米管增强复合材料，特别涉及一种原位混杂碳纳米管增强陶瓷基复合材料制备方法。

背景技术

复杂六方D8m结构金属间化合物Ti₅Si₃具有低密度(4.38g/cm³)、高熔点(2130℃)、良好抗氧化性与高温稳定性等优异特性，是一种有潜力用于1600℃以上的高温结构材料，因而受到国际材料界的广泛关注。但Ti₅Si₃室温断裂韧性低，高温强度不够高的特点一直制约着其在实际领域的应用。如果发挥出Ti₅Si₃金属间化合物的潜在优势，使其在高温环境下表现出优异的综合性能，Ti₅Si₃极有希望代替镍基超合金，成为一种新型高温结构材料。

在本发明作出之前，目前对Ti₅Si₃金属间化合物强韧化的方法主要有细化晶粒、合金化与复合化方法。利用晶粒细化能够改变和调整微观组织结构，进行塑性第二相增韧，通过裂纹与塑性相的交互作用来增加韧性，但效果不是十分显著。合金化是在Ti₅Si₃中添加耐热金属元素形成固溶体来改善其性能，但这些元素在高温下不能和Ti₅Si₃完全化学相容，而且增大了Ti₅Si₃的密度；添加陶瓷颗粒、纤维或晶须等增强相制备Ti₅Si₃基复合材料，是目前最普遍的改善力学性能的途径。但有些增强相只起到韧化作用，对强度没有影响；而另一些在韧化的同时甚至还降低合金的强度。众所周知，添加刚性的陶瓷颗粒工艺简单，但韧化效果不明显；利用纤维增韧能有效提高基体的强度与韧性，但工艺过程复杂；晶须强韧化Ti₅Si₃金属间化合物效果显著，而且工艺简单，但晶须昂贵的价格限制了其在实际领域中的应用。目前对金属间化合物研究较多的是镍铝、钛铝及硅钼等，关于综合性能更优异的Ti₅Si₃材料的研究还比较少，基本上还停留在实验摸索阶段，全面提高Ti₅Si₃综合力学性能的工艺与理论还不完善，相关的理论解释也大多是唯象的，很少触及其微观机制和物理本质。所以，制备新型Ti₅Si₃基复合材料，研究增强相与基体之间的界面作用机理，提高Ti₅Si₃金属间化合物的综合力学性能，就成为使Ti₅Si₃金属间化合物在高温结构材料领域得到实际应用所急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，提供一种原位混杂碳纳米管增强陶瓷基复合材料制备方法。

本发明的技术方案是：

一种原位混杂碳纳米管增强陶瓷基复合材料制备方法，其主要技术特征在于：由碳纳米管、Ti与Si粉末通过真空热压烧结得到碳纳米管与Ti₃SiC₂混杂增强Ti₅Si₃基复合材料，其中增强相Ti₃SiC₂通过原位反应得到，与未反应碳纳米管协同增强原位反应得到的基体相Ti₅Si₃。

所述碳纳米管与Ti、Si粉末的混合是通过采用化学接枝与超声分散相结合，实现碳纳米管的均匀分散。

所述碳纳米管是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

所述真空热压烧结工艺为：将准备好的粉体放入石墨模具中，放入真空度小于1.0×10^-2真空热压炉中，以10-20℃/min的速度升温到1350-1450℃，保温2-4小时，最大压力为20-30MPa，然后以30-50℃/min的降温速率进行退火至400℃，然后随炉冷却至室温。

本发明的优点和效果在于其制备的碳纳米管与Ti₃SiC₂原位混杂增强Ti₅Si₃基复合材料，致密度高、气孔率小、界面相容性好、力学性能优异。

附图说明

图1——本发明复合材料的相组成示意图。

具体实施方式