本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種石墨烯增強鈦基復(fù)合材料及其制備的新方法。

背景技術(shù)：

鈦合金是繼合金鋼和金屬鋁后，又一崛起的新金屬，它的許多優(yōu)異特性，是迄今發(fā)現(xiàn)的其他金屬所不具備的，鈦的比重小，強度高，是理想的航空航天用材料，鈦基復(fù)合材料以其高的比強度、比剛度和抗高溫特性而成為超高音速宇航飛行器和下一代先進航空發(fā)動機的候選材料。而石墨烯與其他增強體相比有很多優(yōu)越的性能，其密度低，可滿足復(fù)合材料輕質(zhì)的要求；其彈性模量很高，對復(fù)合材料的力學性能提升有很大的促進作用，且石墨烯熱導率、電子遷移速率高，同時其熱膨脹系數(shù)接近Ti6Al4V的熱膨脹系數(shù)，會減少界面連接缺陷，有利于提高鈦合金性能，石墨烯增強鈦基復(fù)合材料的研究，勢必會為航空航天材料的研發(fā)提供助力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種新方法，以解決石墨烯鈦合金混合粉體分散度差以及減少石墨烯增強鈦基復(fù)合材料界面缺陷，以制備高分散度石墨烯增強鈦基復(fù)合材料，以滿足航空發(fā)動機關(guān)鍵部件的使用要求。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：1、一種石墨烯增強鈦基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1) 將5-20g石墨烯納米片加入無水乙醇中，在500ml無水乙醇中進行超聲分散；

2) 在1000g球形鈦合金粉末粉末中加入4%的聚乙烯醇進行球磨，后將混合粉體加入到石墨烯納米片中進行超聲波分散；

3) 將分散好的石墨烯鈦合金混合粉體進行球磨，球料比為4：1，然后在500℃進行熱解反應(yīng)；

4) 將步驟3）中的混合粉體放入鋪有石墨紙的石墨模具中，將石墨模具放入等離子燒結(jié)系統(tǒng)中，對混合粉體進行短時快速凝固，并對等離子燒結(jié)系統(tǒng)進行抽真空；

5) 將步驟4）中壓坯放入不銹鋼包套中，將不銹鋼包套放入熱等靜壓系統(tǒng)中，進行高壓低溫燒結(jié)，而后保溫。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明采用表面改性技術(shù)和高能濕磨工藝實現(xiàn)石墨烯微片與霧化球形粉末的高分散度混合體制備，采用短時快速凝固技術(shù)或高壓低溫實現(xiàn)石墨烯微片與鈦基體之間的有效結(jié)合并抑制TiC相生成，解決了石墨烯鈦合金混合粉體飯三度差以及減少石墨烯基鈦基復(fù)合材料界面缺陷，以制備高分散度石墨烯增強鈦基復(fù)合材料，以滿足航空航天發(fā)動機關(guān)鍵部件的使用要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明單層石墨烯原子力掃描圖片。

圖2為本發(fā)明用等離子霧化鈦合金粉末。

圖3為本發(fā)明石墨烯包覆鈦合金粉末照片。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

實施例1

一種石墨烯增強鈦基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1. 將5g石墨烯納米片加入無水乙醇中，在無水乙醇中進行超聲分散30min；

2. 將1000g球形鈦合金粉末加入4%的聚乙烯醇中進行球磨，后將混合粉體加入到石墨烯納米片中進行超聲波分散30min；

3. 將分散好的石墨烯鈦合金混合粉體以400 r/min的轉(zhuǎn)速進行球磨，球料比為4：1，后在500℃進行熱解反應(yīng)；

4 將步驟3）中鈦合金混合粉體放入鋪有石墨紙的石墨模具中，將石墨模具放入等離子燒結(jié)系統(tǒng)中，以200℃/min的加熱速率將石墨坩堝加熱至1050℃，并在升溫過程中對壓實的粉體材料施加40MPa的壓力，而后，在燒結(jié)溫度1050℃，燒結(jié)壓力40MPa的環(huán)境中，保溫5min，制成壓坯。

5. 將壓坯放入不銹鋼包套中，再將不銹鋼包套放入熱等靜壓系統(tǒng)中，直接升溫至900℃，并對包套施加130MPa壓力，而后保溫1h，隨爐冷卻。

實施例2

一種石墨烯增強鈦基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1. 將10g石墨烯納米片加入無水乙醇中，在無水乙醇中進行超聲分散30min；

2. 將1000g球形鈦合金粉末加入4%的聚乙烯醇中進行球磨，后將混合粉體加入到石墨烯納米片中進行超聲波分散30min；

3. 將分散好的石墨烯鈦合金混合粉體以400 r/min的轉(zhuǎn)速進行球磨，球料比為4：1，后在500℃進行熱解反應(yīng)；

4 將步驟3）中鈦合金混合粉體放入鋪有石墨紙的石墨模具中，將石墨模具放入等離子燒結(jié)系統(tǒng)中，以200℃/min的加熱速率將石墨坩堝加熱至1050℃，并在升溫過程中對壓實的粉體材料施加40MPa的壓力，而后，在燒結(jié)溫度1050℃，燒結(jié)壓力40MPa的環(huán)境中，保溫5min，制成壓坯。

6. 將壓坯放入不銹鋼包套中，再將不銹鋼包套放入熱等靜壓系統(tǒng)中，直接升溫至900℃，并對包套施加130MPa壓力，而后保溫1h，隨爐冷卻。

實施例3

一種石墨烯增強鈦基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1. 將15g石墨烯納米片加入無水乙醇中，在無水乙醇中進行超聲分散30min；

2. 將1000 g球形鈦合金粉末加入4%的聚乙烯醇中進行球磨，后將混合粉體加入到石墨烯納米片中進行超聲波分散30min；

3. 將分散好的石墨烯鈦合金混合粉體以400 r/min的轉(zhuǎn)速進行球磨，球料比為4：1，后在500℃進行熱解反應(yīng)；

4 將步驟3）中鈦合金混合粉體放入鋪有石墨紙的石墨模具中，將石墨模具放入等離子燒結(jié)系統(tǒng)中，以200℃/min的加熱速率將石墨坩堝加熱至1050℃，并在升溫過程中對壓實的粉體材料施加40MPa的壓力，而后，在燒結(jié)溫度1050℃，燒結(jié)壓力40MPa的環(huán)境中，保溫5min，制成壓坯。

7. 將壓坯放入不銹鋼包套中，再將不銹鋼包套放入熱等靜壓系統(tǒng)中，直接升溫至900℃，并對包套施加130MPa壓力，而后保溫1h，隨爐冷卻。

實施例4

一種石墨烯增強鈦基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

1. 將20g石墨烯納米片加入無水乙醇中，在無水乙醇中進行超聲分散30min；

2. 將1000g球形鈦合金粉末加入4%的聚乙烯醇中進行球磨，后將混合粉體加入到石墨烯納米片中進行超聲波分散30min；

3. 將分散好的石墨烯鈦合金混合粉體以400 r/min的轉(zhuǎn)速進行球磨，球料比為4：1，后在500℃進行熱解反應(yīng)；

4 將步驟3）中鈦合金混合粉體放入鋪有石墨紙的石墨模具中，將石墨模具放入等離子燒結(jié)系統(tǒng)中，以200℃/min的加熱速率將石墨坩堝加熱至1050℃，并在升溫過程中對壓實的粉體材料施加40MPa的壓力，而后，在燒結(jié)溫度1050℃，燒結(jié)壓力40MPa的環(huán)境中，保溫5min，制成壓坯。

將壓坯放入不銹鋼包套中，再將不銹鋼包套放入熱等靜壓系統(tǒng)中，直接升溫至900℃，并對包套施加130MPa壓力，而后保溫1h，隨爐冷卻。