[发明专利]一种高温自润滑复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高温自润滑复合材料及其制备方法和应用，涉及耐磨材料技术领域。该制备方法包括以下步骤：将Ti₃SiC₂粉和Cu粉均匀混合后，在真空条件下，采用放电等离子烧结工艺，升温至850～1350℃烧结5～10min，再降温至650～1100℃，保温10～20min，即得所述Ti₃SiC₂/Cu高温自润滑复合材料。本发明采用放电等离子烧结(SPS)技术，在相对比较低的温度下，较短的时间内完成块体材料的制备，能够解决Ti₃SiC₂高温分解的问题。

技术领域

本发明涉及耐磨材料技术领域，具体涉及一种Ti₃SiC₂/Cu高温自润滑复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

Ti₃SiC₂是近年发现的非常有发展前景的三元层状可加工陶瓷材料，它兼有金属和陶瓷的双重性质。良好的导电导热性，且有较低的显微硬度和优异的抗热震性能，可机械加工性能，并在高温下具有塑性，表现出金属特性；并且具有高弹性模量、高熔点、高化学稳定性、高的高温机械强度以及良好的抗氧化性能，表现出陶瓷特性。

学者们常用热等静压、化学反应、自蔓延制备Ti₃SiC₂的块体材料，但是，这些方法都存在烧结温度高，制备时间长等缺点。由于烧结温度过高而Ti₃SiC₂分解，但如果在较低的温度下制备Ti₃SiC₂基复合材料，其致密度、力学性能等达不到要求。

第二相强化是一种提高Ti₃SiC₂材料性能的重要途径。通过软金属Cu作为第二相添加剂，是常用的固体润滑剂，由于Cu的熔点比较低，在烧结过程中容易造成Cu流失。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述背景技术中存在的不足，提供了一种Ti₃SiC₂/Cu高温自润滑复合材料及其制备方法和应用。该制备方法采用放电等离子烧结(SPS)技术，在相对比较低的温度下，较短的时间内完成块体材料的制备，能够解决Ti₃SiC₂高温分解的问题。同时，选择Cu作为第二相，通过利用放电等离子烧结工艺快速烧结特点和烧结过程中的原位化学反应技术，使得熔点高于烧结温度的Ti₃SiC₂和Cu形成组织均匀的Ti₃SiC₂/Cu复合材料。获得材料在室温至800℃具有优良的抗磨损性能，特别是在600～800℃具有良好的自润滑和抗磨损性能。

本发明第一个目的是提供一种Ti₃SiC₂/Cu高温自润滑复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将Ti₃SiC₂粉和Cu粉均匀混合后，在真空条件下，采用放电等离子烧结工艺，升温至850～1350℃烧结5～10min，再降温至650～1100℃，保温10～20min，即得所述Ti₃SiC₂/Cu高温自润滑复合材料；

其中，所述Cu粉的体积百分比为5～20％。

优选的，所述放电等离子烧结过程中，脉冲比为6：1～5。

优选的，所述真空条件下的真空度为1～100Pa。

优选的，所述升温速率为20～200℃/min，烧结压力为20～50MPa。

优选的，所述降温速率为10～100℃/min。

优选的，所述Ti₃SiC₂粉颗粒尺寸≤3μm，所述Cu粉颗粒尺寸≤5μm。