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(jià)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(guò)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(jiǎn)易及孔徑可控制在較大的范圍從而廣泛的應(yīng)用在過(guò)濾和分離領(lǐng)域。同時(shí)，鑒于過(guò)濾領(lǐng)域的范圍和過(guò)濾物質(zhì)的種類越來(lái)越多，具有梯度孔徑結(jié)構(gòu)的非對(duì)稱多孔膜由于可以有

2、效提高過(guò)濾通量和高的過(guò)濾精度使其成為近期的研究重點(diǎn)，但這種多孔膜存在一個(gè)長(zhǎng)期的問(wèn)題，目前使用的非對(duì)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(shí)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(guò)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(shí)驗(yàn)中制備均質(zhì)多

3、孔Ti-Al膜的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題在于需要有超細(xì)的Ti粉末來(lái)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(diǎn)，高化學(xué)活性和難于機(jī)械破碎等特點(diǎn)使得超細(xì)Ti粉的制備十分困難。國(guó)內(nèi)工業(yè)使用的Ti粉尺寸均高于25μm，而這個(gè)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(guò)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(zhǎng)大抑制劑NaCl，實(shí)現(xiàn)微米級(jí)超細(xì)鈦粉的制備。采用TEM，SEM以及激光粒度測(cè)試等手段研究了制備過(guò)程中工藝參數(shù)對(duì)鈦粉形貌、粒度及氧含量的影響，探討了阻止劑的晶粒長(zhǎng)大抑制機(jī)理。結(jié)果表明，海綿鈦在700℃/2hrs滲氫后經(jīng)過(guò)球磨5h，粉末中位徑達(dá)到2.61μm，以NaCl為阻止劑對(duì)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(guò)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(duì)加熱過(guò)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(guò)程中粉末顆粒的長(zhǎng)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(duì)膜層結(jié)構(gòu)的影響顯著。實(shí)驗(yàn)研究了不同粉末粒度對(duì)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(guò)濾管制備環(huán)節(jié)的裝粉過(guò)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(duì)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(duì)燒結(jié)過(guò)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(wú)明顯缺陷，膜層與基體結(jié)合良好，以冶金橋接