[发明专利]一种TiC/Ni复合材料的原位反应合成方法

说明书

本发明涉及一种TiC/Ni复合材料的原位反应合成方法，它是将原料Ni粉、Ti粉和石墨按比例混合均匀，冷压成型后制成坯体，然后控制加热速率对坯体进行氩气保护常压烧结或者真空烧结，在一定的温度下各组分之间进行放热化学反应，生成弥散分布的微观增强颗粒。主要用于航空航天、军事领域、交通运输工具、电子元器件、燃料电池连接体、陶瓷切削刀具材料等领域。本发明中将TiC/Ni复合材料的原位反应与致密化一步到位，不需要高能球磨和加压烧结等复杂过程，工艺方便简单，不受设备限制，成本低，可以有效解决现有原位反应合成高致密度TiC/Ni复合材料技术受到设备限制，工艺复杂、成本高等问题。

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种TiC/Ni复合材料的原位反应合成技术；具体的涉及一种以Ni粉、Ti粉和石墨为原料，通过无压反应烧结法制备而成的致密TiC/Ni复合材料。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料具有高的比强度、比模量、耐高温、耐磨损、热膨胀系数小以及尺寸稳定性好等优异性能，已成为复合材料的重要组成部分。颗粒增强金属基复合材料兼顾了金属良好的韧性和陶瓷的高耐磨性，具有单一金属或陶瓷材料不可比拟的优异性能，还具有较优异的断裂韧性及可塑性，作为切削工具和功能材料，广泛应用在各行各业，其对于当代工业生产技术的进步和生产效率的提升都有不可磨灭的推进作用。

WC-Co作为研究最早的金属陶瓷，已经应用于许多领域。但是W和Co 资源短缺，促进了无钨金属陶瓷的研制与开发，TiC金属陶瓷便应运而生。TiC 的熔点是3250℃，远高于WC的熔点(2630℃)，且耐磨性好，密度只有 WC的1/3，抗氧化性能远高于WC。TiC金属陶瓷最初是用来填补WC金属陶瓷和陶瓷工具材料之间的空白，适于做高速精加工的工具。后来，由于TiC 金属陶瓷的韧性得到改善，不仅能满足钢材精加工，而且能够进行钢材和韧性铸铁的半精加工、粗加工和间断切制加工。经过发展，TiC金属陶瓷可以完全替代WC金属陶瓷，应用越来越广泛的领域。

镍为第VIII族元素，其密度为8.9g/cm³，熔点与沸点分别是1455℃和 2915℃，其延展性能异常出色，具有熔点高、耐腐蚀性好且抗氧化性能优异，还具有较好的力学性能，在冷态和热态环境下都具备优异的机械加工性能。除此之外，还具有较出色的合金化性能，而且合金化性能较稳定，不会产生有害相，为增强镍的其它性能增加了可操作性。

引入TiC到Ni基合金中制备TiC/Ni复合材料，可实现对镍基合金力学性能的调控，同时保持较高的导电性与抗氧化性能，是一种应用前景良好的复合材料。鲁益麟等选用纯Ni粉、Ti₃AlC₂粉作为原料，采用包含后挤压工序的真空热压烧结法合成Ti_0.65C/Ni基复合材料。张玉明等利用快速成型技术与燃烧合成技术，用分层实体制造法成功制备出TiC/Ni梯度功能复合材料。目前国内外对于该种材料制备与性能方面的研究不少，但是制备工艺繁琐复杂，条件和设备要求严格，成本高。等人采用高能球磨技术结合真空烧结，以Ti、石墨、Mo和Ni粉为原料制得(Ti,Mo)C/Ni复合材料，该过程需要高成本的高能球磨过程，难以实现工业化生产。H.Boutefnouchet等利用自蔓延高温合成法制备Ti-C-Ni体系，此种方法反应速度极高，所涉及的物理和化学现象复杂，使其难以优化燃烧过程并预测其氧化物组成和形貌影响；虽然能够制得TiC/Ni，但是残余较多孔隙，难以制备致密的复合材料，反应过程难以控制，需要同时加以热等静压或后续致密化措施，整个制备过程复杂繁琐且成品致密度不高。Tian等人使用等离子喷涂法制备了TiC/FeAl复合材料。该法方法需要大功率激光器将金属粉末熔化沉积到金属基板上，重复多层沉积后形成复合材料，设备造价高，能量转化率低，难以实现大规模推广使用。