高速压制技术的过程规律及其制备钛基复合材料的研究

难致密化和高成本限制了钛基复合材料在民用领域的广泛应用。寻求高性能、低成本的制备技术一直是钛基复合材料的发展目标。本项目在前期采用粉末冶金高速压制（HVC）技术成功制备出高致密度钛粉压坯的基础上，拟进一步将该技术用于钛复合粉末的高密度成形，然后经真空烧结短流程制备高性能钛基复合材料。项目主要研究粉末特性、冲击能量、装粉量和质量能量密度对压坯性能的影响，深入探索适合HVC技术特点的科学表征方法，研究润滑剂种类、含量和润滑方式对压坯性能的影响，考察多次压制的效果和特点，研究HVC压坯的烧结制度、致密化机理和材料性能。项目的实施将深化对HVC技术过程规律的认识，为该技术在国内的研究和应用奠定基础；同时获得一种高性能钛基复合材料的低成本制备技术，为其在民用领域的广泛应用提供技术指导和理论依据，具有重要的学术意义和应用前景。

高成本限制了钛基材料在民用领域的广泛应用。寻求高性能、低成本的制备技术一直是钛基材料的发展目标。粉末冶金技术作为一种近净形制备技术可显著提高材料利用率，从而降低成本。然而钛粉难致密化的特性使得钛基粉末冶金在性价比方面难以获得平衡。基于高速压制（HVC）技术的特点和其在成形钛粉时的潜在优势，本项目围绕钛基粉末开展了HVC的基础研究，探索了HVC压坯的烧结制度、致密化机理和材料性能。. 项目的成果主要有：1）提出了适合表征HVC技术特点的参量—质量能量密度，它综合考虑了不同冲击能量和装粉量等参数对成形效果的影响，基于此，不同研究者及不同粉末体系之间的研究结果均可以进行对比，提高了相关研究的参考价值，它是比冲击能量和峰值压力等更适合HVC技术特点的科学表征方式；2）通过不同粉末体系的大量系统研究，揭示了HVC过程中的最大压制力与压坯密度之间符合黄培云压制方程，该研究结果可为HVC工艺的制定和模具的设计及安全使用提供参考；3）采用高速压制获得了95%以上致密度的钛基混合粉末压坯，并通过优化烧结工艺使得随后的真空烧结温度比常规方法降低了200-300℃，不仅节约了能源，而且获得了细晶组织，提高了材料的综合性能；4）采用HVC成形、经1150℃烧结制备的低成本Ti-4.5Al-6.8Mo-1.5Fe合金性能优异，其致密度大于99%，拉伸强度为1129MPa，屈服强度为1037MPa，延伸率为3.75%；5）以TiB2和LaB6为硼源，采用HVC技术制备原位合成TiB增强的钛基复合材料，在TiB体积含量为10%、烧结温度为1250℃时，复合材料致密度较高、均匀性好，且TiB有较大的长径比，使得其综合性能最佳，拉伸强度高达1147MPa。. 本项目深化了对HVC过程规律和成形特征的认识，为该技术在国内的研究和应用奠定基础，开创了粉末采用“压制-烧结”（HVC成形+真空烧结）方法短流程、低成本制备高性能钛基材料的新途径，为钛在民用领域的广泛应用提供技术指导和理论依据，同时也为同类高硬化速率粉末采用压制方法即可实现高密度成形提供了一种新方法。