[發(fā)明專利]一種可調(diào)節(jié)基體相和增強(qiáng)相組成的多孔陶瓷/金屬雙連續(xù)相復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310713384.7
• 申請(qǐng)日: 2013-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN103710561A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 江國健;彭偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): C22C1/10
• 分類號(hào): C22C1/10;C22C1/05
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;馬文峰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料的制備方法，特別涉及一種可調(diào)節(jié)基體相和增強(qiáng)相組成的多孔陶瓷/金屬雙連續(xù)相復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

多孔陶瓷/金屬復(fù)合材料是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的陶瓷/金屬復(fù)合材料的一種結(jié)構(gòu)形式，即陶瓷相在復(fù)合材料中呈三維網(wǎng)狀連續(xù)分布，金屬相也在復(fù)合材料中呈三維網(wǎng)狀連續(xù)分布，它們?cè)诳臻g呈現(xiàn)獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于網(wǎng)絡(luò)陶瓷骨架與金屬三維連續(xù)，每一相都能發(fā)揮其獨(dú)特的性能。因此，多孔陶瓷/金屬雙連續(xù)相復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高硬度、良好的抗磨損性能和抗熱震性能，較高的熱導(dǎo)率，較低的熱膨脹系數(shù)，在航空航天、汽車制動(dòng)、電子封裝、機(jī)械制造等工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

多孔陶瓷/金屬雙連續(xù)相復(fù)合材料的制備過程主要包括多孔陶瓷預(yù)制件的制備和復(fù)合材料的制備兩個(gè)過程，首先是制備多孔陶瓷，然后對(duì)多孔陶瓷和金屬進(jìn)行復(fù)合得到多孔陶瓷/金屬的復(fù)合材料。

目前制備多孔陶瓷/金屬復(fù)合材料的常用方法有擠壓鑄造工藝、真空壓力滲浸工藝、無壓滲浸工藝等。

擠壓鑄造工藝中由于施加壓力較大，高壓作用促使組織致密度高，熔體與增強(qiáng)材料接觸時(shí)間變短，減少了界面反應(yīng)時(shí)間，因而制備出的復(fù)合材料致密度高，性能好。但是由于在材料制備過程中需要施加較大壓力，要求預(yù)制件具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，因此只適合于制備不連續(xù)體的復(fù)合材料，不適合于制備雙連續(xù)相復(fù)合材料型材，也不能生產(chǎn)大尺寸零件，因而限制了其工業(yè)化生產(chǎn)^[1,2]。

真空壓力滲浸工藝一般是采用高壓惰性氣體將金屬液壓入抽成真空的預(yù)制件中，在內(nèi)外壓力差的作用下凝固生成復(fù)合材料，該工藝可有效防止復(fù)合材料組分的氧化，限制界面反應(yīng)，改善界面結(jié)合強(qiáng)度，減少出現(xiàn)氣孔等缺陷的幾率，所以制備出的材料致密度較高，性能較好，但是由于該工藝對(duì)設(shè)備要求較高，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本較高，且不能生成大尺寸零件，因而限制了其快速發(fā)展^[3]。

無壓滲浸工藝誕生于20世紀(jì)80年代，主要技術(shù)為美國Lanxide公司所掌握，它主要是利用毛細(xì)管力的作用，使金屬熔液在陶瓷預(yù)制件中自發(fā)攀升，占據(jù)孔洞的空間，并且與陶瓷的界面牢固結(jié)合浸滲預(yù)制件，該工藝生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單，無需高壓設(shè)備，且材料組分體積分?jǐn)?shù)可調(diào)，生產(chǎn)成本相對(duì)較低，可制作大型復(fù)雜構(gòu)件，但是由于金屬和多孔陶瓷間的界面反應(yīng)較為嚴(yán)重，制備出的材料致密度不高，性能相對(duì)較差，離工業(yè)化生產(chǎn)及實(shí)際應(yīng)用還有很長(zhǎng)一段距離^[4-5]。

現(xiàn)有多孔陶瓷/金屬復(fù)合材料所采用的擠壓鑄造工藝、真空壓力浸滲工藝、無壓浸滲工藝等方法，大多數(shù)先把金屬制成合金錠，然后升溫通過鑄造或浸滲方法獲得復(fù)合材料。由于這些方法需要先制備合金錠的步驟，而且金屬或合金錠與多孔陶瓷分開放置，所以工藝過程比較復(fù)雜，鑄造或浸滲慢，效率低，生產(chǎn)成本高，而且某些合金錠需要特殊設(shè)備制得或存在難以制備的缺點(diǎn)；此外，擠壓鑄造工藝、真空壓力浸滲工藝、無壓浸滲工藝等方法中，基體相基本上不能含有氧化物、碳化物、氮化物等非金屬粉，這是由于這些非金屬粉熔點(diǎn)很高，很難發(fā)生熔融，阻止了擠壓鑄造、浸滲過程的進(jìn)行，因此很難對(duì)復(fù)合材料中基體相和增強(qiáng)相進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而使得復(fù)合材料內(nèi)部各組分的變化范圍很小，這大大限制了多孔陶瓷/金屬復(fù)合材料性能的剪裁及其應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]?黃永攀，李道火，黃?偉，擠壓鑄造條件下鋁基復(fù)合材料鑄造流動(dòng)性研究，鑄造技術(shù)，2004，53（11）：898-900；

[2]?馬曉春，擠壓鑄造法制備SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，熱加工工藝，1996（4）：25-26，28；

[3]?張萍，金屬基復(fù)合材料液態(tài)浸滲制備工藝，畢節(jié)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，28（8）：73-76；

[4]?Zufia?A,?Hand?R?J,?The?production?of?Al-Mg?alloy/SiC?metal?matrix?composites?by?pressureless?infiltration,?Journal?of?Materials?Science,?2002,?37(5):?955-961；

[5]?Aghajanian?M?K,?Burke?J?T,?White?D?R,?and?AS?Nagelberg,?A?new?infiltration?for?the?fabrication?of?metal?matrix?composites,?SAMPE?Quarterly,?1989,?20(4):?43-46。

發(fā)明內(nèi)容