[發明專利]一種納米級碳化硅增強金屬基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310712881.5
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103643067A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 田秀梅;張寅
• 申請（專利權）人: 蘇州賽菲集團有限公司;蘇州工業園區高性能陶瓷纖維工程中心有限公司
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C1/10;C22C32/00;B22F1/00
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技術領域

本發明涉及一種復合材料及其制備工藝，特別涉及一種納米級碳化硅增強金屬基復合材料及其制備方法。

背景技術

金屬基復合材料具有高溫強度、耐沖擊、耐腐蝕，同時還有不燃、不吸潮、導熱導電性好和抗輻射，特別是用晶須和粉體做增強劑的金屬基復合材料，是令人注目的航空航天用高溫材料，可用作飛機渦輪發動機和火箭發動機熱區和超音速飛機的表面材料等。碳化硅是一種具有輕質、高強度、耐磨、熱膨脹系數低等優點的陶瓷增強材料，而且碳化硅粉體的尺寸對復合材料的性能有重要影響，研究發現納米級碳化硅粉體具有粒徑小、分布均勻、比表面積大、高硬度、良好的自潤滑、高熱傳導率和低膨脹系數等特征，對增強復合材料的性能有很好的效果。

目前國內外針對碳化硅增強金屬基復合材料的研究已有較多的報道，其中大部分使用alpha相碳化硅粉末作為增強相，采用粉末冶金法、熔體攪拌法、金屬陶瓷共沉積法、擠壓鑄造法、高能超聲復合法、原位復合法等制備方法，這些方法在不同程度上都具有工藝復雜、成本高、不易制成復雜形狀等缺點，而且有些方法中碳化硅增強相與金屬基體之間結合不均勻、不穩定，增強效果不佳。在專利CN102618740A中報道了一種粉末冶金制備碳化硅鋁基復合材料的方法，該方法存在工藝繁瑣、生產效率低、成本高，而且得到的制品密度低、材質不均勻、機械性能低、不易成型薄壁等缺點；在專利CN103160702A中公開了一種原位復合制備碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的方法，該方法以改性石墨粉和鋁硅合金為原料，將兩種粉料進過物理機械混合后，在真空燒結過程中進行原位生成碳化硅粉體增強鋁基復合材料，存在限制條件比較多，成本高，不適合大規模化生產，原材料要求高，工藝繁瑣等不足；在專利CN101445881A中公開了一種金屬陶瓷材料的制備方法，其中用一種粘結劑將不銹鋼粉和銅粉采取一鍋法將其混合，所得的復合料均質低，而且該金屬陶瓷材料中并沒有陶瓷的成分，所制得的金屬陶瓷耐磨性、耐鹽霧、耐腐蝕性低等。所以，尋求一種工藝簡單、生產效率高、成本低并且制得產品具有高精度、高性能并能批量化生產等優點的制備方法，以實現該復合材料產業化應用是及其關鍵的。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本發明的目的旨在提供一種納米級碳化硅增強金屬基復合材料的制備方法，利用納米級beta相碳化硅球形粉體作為增強相與金屬粉末分別均勻混入兩種粘結劑復合，用快速注射成型技術，得到分散均勻并致密，相對密度達99％，具有高精度、高性能、低成本的，而且工藝簡單、生產效率高。

為了解決以上技術問題，本發明的一種納米級碳化硅增強金屬基復合材料的制備方法，所述制備方法為采用快速注射成型法；優選工藝為：將占重量比為0.1％～25％的納米級碳化硅球形粉體和金屬粉末分別均勻混入粘結劑中得到兩種預混料，將兩種預混料按1∶8～1∶3配比復合在混煉機上70～90℃溫度下混煉1～2h后成為均勻的喂料；喂料經制粒后在注射成型機于170～190℃溫度下、90～110MPa壓力下60s～80s時間內快速注射成型，得到相應成型坯；將成型坯經過萃取法熱脫除粘結劑后，在1320～1350℃溫度、真空條件下進行燒結，保溫1.5～2.5h，得到相對密度為95％～99％、耐鹽霧性達到1000～2000h和抗霉菌達到35～43天的納米級碳化硅增強金屬基復合材料。

所述金屬粉末包含316L不銹鋼粉體、430L不銹鋼粉體、304L不銹鋼粉體、17-4pH不銹鋼粉體、金屬銅粉、4J29合金或4J32合金；所述粘結劑包含環氧樹脂、酚酞樹脂、聚酯樹脂、丙烯酸酯、聚氯乙烯、甲基纖維素、聚乙二醇或熱塑性聚氨酯其中至少一種或幾種，選擇幾種時滿足互溶即可。

本發明還提供了一種上述方法制備得到的納米級碳化硅增強金屬基復合材料，所述復合材料由金屬粉末和占重量比為0.1％～25％的納米級beta相碳化硅球形粉體分別均勻混入兩種粘結劑復合而成，其中碳化硅球形粉體均勻分布于金屬材料中形成協同增強相，粒徑介于30nm～3000nm。

本發明與現有技術相比，具有以下優點或特色：

(1)納米級beta相碳化硅球形粉體作為增強相，相比于傳統的alpha相碳化硅，beta相碳化硅球形粉體具有更好的分散性和流動性，以及更高韌性、燒結性；

(2)兩種粘結劑分別將金屬粉末與納米級碳化硅球形粉體均勻粘附，實現了金屬基體與增強相的均質復合，使制品相對密度達99％，制得高精度產品；

(3)產品中添加球形納米級碳化硅粉體，制得的產品具有多種優異性能特性；