本發(fā)明涉及一種鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料及其制備方法。本發(fā)明公開了W在制備鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料中的應(yīng)用，在制備鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料時(shí)，在其中摻雜少量微納尺寸的W，可提高其致密度、顯著提高基體硬度和耐磨性。鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料中分布有多個(gè)三維多孔結(jié)構(gòu)，多個(gè)三維多孔結(jié)構(gòu)組成拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或隨機(jī)結(jié)構(gòu)，鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料包括Ti、TiC和W，其中鎢金屬占鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3％以下。鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料通過墨水直寫成型增材制造的方法或添加造孔劑結(jié)合放電等離子燒結(jié)的方法實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鈦基復(fù)合多孔材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鈦(Ti)基復(fù)合多孔材料具有低密度、高吸收能量特性和生物相容性，是集結(jié)構(gòu)與功能為一體的材料。近些年，隨著對材料不斷提出高性能結(jié)構(gòu)輕量化的新要求和其航空、航天與生物材料上的廣泛應(yīng)用，對其耐磨性、硬度和孔隙結(jié)構(gòu)等條件提出更高的要求，因此，設(shè)計(jì)新的成分與結(jié)構(gòu)適用不同應(yīng)用需求的多孔鈦基復(fù)合材料是重要的解決途徑。

Ti基材料中添加TiC顆粒制備的Ti-TiC復(fù)合材料具有更高的性能，其性能較純Ti更優(yōu)異，特別是添加高體積分?jǐn)?shù)的TiC顆?？梢蕴岣咂鋸?qiáng)度和硬度，但是其由于添加高體積分?jǐn)?shù)的難熔TiC陶瓷顆粒會(huì)降低材料的致密度、表面粗糙度和硬度。這會(huì)導(dǎo)致材料在使用的時(shí)候，尤其是在摩擦工況下使用時(shí)，會(huì)造成磨屑脫落帶來更嚴(yán)重的損傷從而顯著降低材料的力學(xué)性能，如耐磨性與疲勞性能。

現(xiàn)如今三維多孔結(jié)構(gòu)分為具有復(fù)雜拓?fù)溆行虻娜S孔隙結(jié)構(gòu)和隨機(jī)結(jié)構(gòu)兩種，其不同類型的三維多孔結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的力學(xué)性能與功能，可以根據(jù)不同的應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行選擇。目前常用的激光增材制造法與常規(guī)的熔體法和燒結(jié)法難以滿足：1.添加高熔點(diǎn)材料制備的Ti基復(fù)合材料獲得致密度高和組織均勻的多孔材料；2.難以制備出晶粒尺寸小，表面粗糙度低和耐磨性能優(yōu)異的多孔材料；3.難以根據(jù)不同用戶需求提供有效的方案與工藝使其獲得有復(fù)雜拓?fù)溆行虻娜S孔隙結(jié)構(gòu)和隨機(jī)結(jié)構(gòu)，適應(yīng)不同的使用要求。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料及其制備方法，本發(fā)明通過摻雜少量微納尺寸的W提高鈦基復(fù)合多孔材料的致密度、硬度和耐磨性，其可通過墨水直寫成型增材制造的方法或添加造孔劑通過放電等離子燒結(jié)的方法實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明的第一個(gè)目的是公開鎢金屬(W)在制備鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料中的應(yīng)用，鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料中分布有多個(gè)三維多孔結(jié)構(gòu)，多個(gè)多孔結(jié)構(gòu)組成三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或隨機(jī)結(jié)構(gòu)，鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料包括Ti、TiC和W，其中W占鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3％以下。

本發(fā)明中，鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料是摻雜了W的Ti-TiC復(fù)合材料(即下文中的Ti(W)-TiC材料)，鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料以Ti-TiC為基體，W是一種超硬材料，在制備鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料時(shí)，在其中摻雜少量微納尺寸的W可以顯著提高TiC的致密化過程，進(jìn)而有效的提高致密度、顯著提高基體硬度和耐磨性。

進(jìn)一步地，W的粒徑為100nm-2μm；碳化鈦的粒徑為15μm以下。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料的制備方法，鎢摻雜鈦基復(fù)合多孔材料的多孔結(jié)構(gòu)組成三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其制備方法包括以下步驟：

(1)將鎢粉末、碳化鈦和金屬鈦基體混合均勻，得到第一混合粉末，其中，金屬鈦基體包括純鈦或氫化鈦，鎢粉末的粒徑為100nm-1μm，碳化鈦的粒徑為15μm以下；鎢粉末占第一混合粉末質(zhì)量分?jǐn)?shù)的3％以下；制備金屬鈦基體初始粉末的粒徑為10μm以下；

(2)將第一混合粉末均勻分散于聚合物溶液中，合成墨水，其中，第一混合粉末和聚合物溶液的質(zhì)量比為(4-1):1，聚合物溶液中包括水溶性聚合物和水；