[發(fā)明專利]一種無壓浸滲法制備納米SiC/Cu基復(fù)合材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310400413.4
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN103484705A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 阮俊達(dá);陳建軍;陳學(xué)兵;王明明;張炬棟;薛一凡
• 申請（專利權(quán)）人: 紹興曙光機(jī)械有限公司
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C9/00;C22C32/00
• 代理公司: 紹興市越興專利事務(wù)所 33220
• 代理人: 張謙

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明涉及一種無壓浸滲法制備納米SiC/Cu基復(fù)合材料的方法，屬于SiC/Cu基復(fù)合材料制備方法的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

銅在室溫強(qiáng)度、高溫性能以及磨損性能等方面的不足限制了其更大范圍的應(yīng)用。因此，為獲得新型高強(qiáng)高導(dǎo)和高耐磨的合金材料，銅基復(fù)合材料的研究已經(jīng)引起國內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注和重視。碳化硅納米材料具有密度小、熱膨脹系數(shù)低、高熱導(dǎo)率、高強(qiáng)度等優(yōu)異的性能，而且其體積模量大,?能夠有效抑制基體的膨脹。高體積分?jǐn)?shù)(50％～70％)SiC/Cu基復(fù)合材料能綜合Cu和SiC的優(yōu)點，具有強(qiáng)度高、熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)低、耐磨性良好等優(yōu)異性能。目前SiC/Cu基復(fù)合材料制備存在的問題是SiC與Cu基體化學(xué)相容性較差，界面基本不潤濕，SiC顆粒很難均勻地分布在金屬基體中，并且在高溫下會發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)，促使增強(qiáng)體降解，從而導(dǎo)致界面結(jié)合強(qiáng)度差，使得提高材料的致密度難度增大。為解決此問題，陳國欽等采用將熔融的銅液倒入裝有SiC預(yù)制塊模具中,?并采用擠壓鑄造工藝使銅液浸滲入SiC預(yù)制塊制備了增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)為55?%，組織均勻且致密的SiC/Cu復(fù)合材料（陳國欽等，電子與封裝，2006，6(5)：5-8）；（武高輝，陳國欽等，一種SiC/Cu復(fù)合材料及其制備方法，中國專利，200410013649.3）。但這種工藝需要較高的壓強(qiáng)（40～60MP），對模具性能的要求比較高。L.Zhang等采用壓力熔滲工藝獲得了具有高致密，納米SiC與銅基體潤濕性能良好且納米SiC均勻分布的SiCp/Cu復(fù)合材料。（L.Zhang?et?al.,?Materials?Science?and?Engineering:?A,2008,489(1-2):285-293）。該工藝需要在真空爐中去除SiC預(yù)制件中有機(jī)物，工藝較復(fù)雜，且SiC預(yù)制件的制備需要80MP的壓強(qiáng)，對模具性能的要求比較高。但是由于采用壓力熔滲或者熱壓來制備SiC/Cu基復(fù)合材料，都要施加外界壓力，這嚴(yán)重影響了零件形狀的可控性。因此，如何改善SiC/Cu基復(fù)合材料的制備工藝獲得具有高強(qiáng)度、高致密同時尺寸精確可控的復(fù)合材料，對銅基復(fù)合材料的研究應(yīng)用具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

為解決碳化硅與銅基體界面的物理、化學(xué)相容性較差，界面潤濕情況不佳，以及當(dāng)前納米SiC/Cu基復(fù)合材料致密度低、強(qiáng)度低，制備工藝復(fù)雜難控，生產(chǎn)成本高等問題，本發(fā)明的目的在于提供一種無壓浸滲法制備納米SiC/Cu基復(fù)合材料的方法，通過該方法所制備的納米SiC/Cu復(fù)合材料（納米碳化硅/銅基復(fù)合材料）具有高強(qiáng)度、高致密等優(yōu)點，且該方法原料成本低廉，工藝簡單易控。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，具體步驟如下：

????一種無壓浸滲法制備納米SiC/Cu基復(fù)合材料的方法，包括如下工藝步驟：先將經(jīng)過表面改性處理的納米SiC粉末和鎳粉按比例置于壓力成型機(jī)中模壓成形，得到壓坯預(yù)制件，然后將壓坯預(yù)制件置于石墨坩堝中，將純銅塊置于壓坯預(yù)制件上部，浸滲反應(yīng)在氮氣保護(hù)的箱式氣氛爐內(nèi)進(jìn)行，并在1100～1400℃溫度下保溫4～6小時，最后隨著箱式氣氛爐冷卻后得到納米SiC/Cu基復(fù)合材料。

????作為上述方案的進(jìn)一步設(shè)置，所述的納米SiC粉末的表面改性處理步驟如下：

????1）預(yù)處理：將5g納米SiC粉末依次置于200mL?10%氫氟酸溶液、250mL?0.06mol/L?SnCl₂·2H₂O和25mL/L濃鹽酸的混合溶液、250mL?0.03mol/L?AgNO₃溶液中進(jìn)行粗化處理、敏化處理、活化處理各30min，每次處理后用去離子水清洗，置于烘箱中90℃烘干后再進(jìn)行下一步驟。即將5g納米SiC粉末先置于200mL?10%氫氟酸溶液中進(jìn)行粗化處理30min，處理后用去離子水清洗，清洗后置于烘箱中采用90℃進(jìn)行烘干，然后再置于250mL?0.06mol/L?SnCl₂·2H₂O和25mL/L濃鹽酸的混合溶液中進(jìn)行敏化處理30min，處理后用去離子水清洗，清洗后置于烘箱中采用90℃進(jìn)行烘干，最后再置于250mL?0.03mol/L?AgNO₃溶液中進(jìn)行活化處理30min，處理后用去離子水清洗，清洗后置于烘箱中采用90℃進(jìn)行烘干。