梯度孔徑TiAl金屬間化合物多孔材料制備技術(shù)的研究.pdf

1、Ti-Al合金是典型的包含金屬鍵和共價鍵的金屬間化合物，具有優(yōu)異的機(jī)械性能、抗腐蝕性、高溫抗氧化性、高強(qiáng)度和良好的韌性，克服了金屬的不耐高溫性和陶瓷的脆性，因此在過去的二十多年里眾多研究都集中在如何將其作為潛在的高溫結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于特殊的環(huán)境下。多孔Ti-Al合金，由于其優(yōu)越的性能，制備方法簡易及孔徑可控制在較大的范圍從而廣泛的應(yīng)用在過濾和分離領(lǐng)域。同時，鑒于過濾領(lǐng)域的范圍和過濾物質(zhì)的種類越來越多，具有梯度孔徑結(jié)構(gòu)的非對稱多孔膜由于可以有

2、效提高過濾通量和高的過濾精度使其成為近期的研究重點，但這種多孔膜存在一個長期的問題，目前使用的非對稱多孔膜多為異質(zhì)材料，如金屬和陶瓷連接在一起，但其熱膨脹系數(shù)存在明顯差異，在應(yīng)用時容易產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力從而導(dǎo)致膜的破裂。所以如果能利用具有優(yōu)秀多孔材料性能的TiAl合金制備均質(zhì)梯度的TiAl多孔材料則可有效避免材料中產(chǎn)生熱應(yīng)力從而提高過濾材料的使用性能。本文就均質(zhì)梯度孔徑TiAl多孔膜的制備技術(shù)展開了研究。
　　 本實驗中制備均質(zhì)多

3、孔Ti-Al膜的一個關(guān)鍵問題在于需要有超細(xì)的Ti粉末來制備細(xì)孔膜層從而得到具有良好性能的膜層結(jié)構(gòu)。而由于Ti粉的高強(qiáng)度，高韌性，高熔點，高化學(xué)活性和難于機(jī)械破碎等特點使得超細(xì)Ti粉的制備十分困難。國內(nèi)工業(yè)使用的Ti粉尺寸均高于25μm，而這個粒度的Ti粉在改善Ti-Al梯度模性能方面并不能起到明顯作用。本論文提出一種以氫化脫氫為基礎(chǔ)的制備超細(xì)鈦粉的新方法——NaCl包覆/氫化脫氫聯(lián)合法，通過在TiH2粉末表面均勻包覆一層易于采用去離子水

4、洗滌去除的顆粒長大抑制劑NaCl，實現(xiàn)微米級超細(xì)鈦粉的制備。采用TEM，SEM以及激光粒度測試等手段研究了制備過程中工藝參數(shù)對鈦粉形貌、粒度及氧含量的影響，探討了阻止劑的晶粒長大抑制機(jī)理。結(jié)果表明，海綿鈦在700℃/2hrs滲氫后經(jīng)過球磨5h，粉末中位徑達(dá)到2.61μm，以NaCl為阻止劑對氫化粉末進(jìn)行包覆，經(jīng)630℃/2hrs脫氫并脫除阻止劑后，制得的超細(xì)鈦粉呈不規(guī)則形狀，中位徑達(dá)6.16μm，氧含量為0.89 wt.％。阻止劑的引入

5、造成鈦粉氧含量的微量增加。通過阻止劑包覆，在粉末顆粒表面形成了厚度為5～10nm的隔離層，對加熱過程中Ti顆粒表面的原子擴(kuò)散進(jìn)行了阻礙，從而阻止了加熱脫氫過程中粉末顆粒的長大。
　　 多孔支撐體的制備是制備梯度Ti-Al膜的關(guān)鍵步驟，其性能對膜層結(jié)構(gòu)的影響顯著。實驗研究了不同粉末粒度對多孔TiAl支撐體孔性能的影響，并最終選用-200-+300目Ti、Al元素粉末為制備梯度孔徑膜支撐體。TiAl過濾管制備環(huán)節(jié)的裝粉過程中，Ti粉

6、和Al粉密度差異造成Ti、Al成分偏析，提出采用制粒的方式加以解決并研究了不同粘結(jié)劑對制粒效果的影響，結(jié)果表明采用聚乙烯醇(PVA)的效果最佳。并分析了制粒對燒結(jié)過程、孔結(jié)構(gòu)性能及力學(xué)性能的影響。
　　 以超細(xì)Ti、Al混合粉為原料，用噴涂法在孔徑較大的多孔TiAl金屬間化合物上制備了涂覆層，用真空燒結(jié)方式制備了梯度孔徑TiAl多孔膜。采用掃描電鏡觀察膜的表面及斷面形貌，結(jié)果表明膜層完整無明顯缺陷，膜層與基體結(jié)合良好，以冶金橋接