[發(fā)明專利]一種原位生成均質(zhì)納米級(jí)陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410103762.4
• 申請(qǐng)日: 2014-03-20
• 公開（公告）號(hào): CN103849790A
• 公開（公告）日: 2014-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田秀梅;張冀;馮春祥;陳金梅;馬小民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州賽菲集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): C22C1/05
• 分類號(hào): C22C1/05;C22C1/10
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米級(jí)陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種原位生成均質(zhì)納米級(jí)陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料是目前備受關(guān)注的復(fù)合材料之一。由于采用陶瓷，尤其是粒徑為納米級(jí)的陶瓷作為增強(qiáng)相與金屬發(fā)生共沉積，使復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)、摩擦磨損和物理性能等優(yōu)點(diǎn)，且可被廣泛用于航空航天、汽車、電子封裝、先進(jìn)導(dǎo)彈武器和核聚變能源等領(lǐng)域。

目前，陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法有很多，如攪拌鑄造法、傳統(tǒng)的粉末冶金模壓法、先驅(qū)體浸漬裂解法、注漿成形、壓濾成形等。這些方法都存在一定的不足，如傳統(tǒng)的粉末冶金模壓法，模壓形成的成形坯往往密度不均勻且部件的形狀復(fù)雜程度也受到一定的限制；先驅(qū)體浸漬裂解法還存在制備周期長(zhǎng)、尺寸精度低等缺點(diǎn)。近年，粉末注射成形法由于具有生產(chǎn)效率高，可規(guī)模化制備具有復(fù)雜形狀的產(chǎn)品，在陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料及其零件的制備中得到極大的關(guān)注。

先驅(qū)體原位合成法是近年受到很大關(guān)注的制備金屬基復(fù)合材料方法之一。有機(jī)硅聚合物是一類比較常見的先驅(qū)體，由于有機(jī)硅聚合物先驅(qū)體在室溫或加熱條件下，形成粘性液相包覆在金屬粉末表面，并使之重新分布，排列緊密，從而使金屬粉末表面光滑易流動(dòng)，同時(shí)包覆在顆粒表面的先驅(qū)體，在一定溫度下轉(zhuǎn)化成納米級(jí)陶瓷均勻分布在金屬粉末之間，克服了納米級(jí)陶瓷粉體團(tuán)聚，難以分散均勻的問題，形成結(jié)構(gòu)均勻的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料，因此對(duì)提高金屬基復(fù)合材料的性能和可靠性等具有重要作用。同時(shí)，通過選擇先驅(qū)體不同組分和調(diào)節(jié)熱解或燒結(jié)條件可得到所需形狀和功能的陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料。

20世紀(jì)80年代，國(guó)防科技大學(xué)的馮春祥教授等人用聚碳硅烷作粘結(jié)劑制備了具有抗高溫氧化性、耐化學(xué)腐蝕性和可用作電熱元件的碳化硅燒結(jié)體，同時(shí)也用聚碳硅烷作粘結(jié)劑低溫?zé)筛邚?qiáng)度碳化硅基復(fù)合材料。由此可見有機(jī)硅聚合物不僅是陶瓷材料的先驅(qū)體，同時(shí)也是一種很好的粘結(jié)劑。

粉末注射成形法與先驅(qū)體原位合成法相結(jié)合制備復(fù)合材料的相關(guān)報(bào)道也有不少。在專利CN101037336A中報(bào)道了一種制備碳化硅晶須增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料零件的方法，如圖2，該方法以碳化硅微粉和碳化硅晶須為原料，聚碳硅烷基作為粘結(jié)劑，采用粉末注射成形與先驅(qū)體原位合成法相結(jié)合制得SiC_w/SiC復(fù)合材料零件，在這個(gè)方法中添加了增強(qiáng)相碳化硅晶須，增塑劑石臘和聚乙烯，表面活性劑硬脂酸等，存在工藝復(fù)雜、成本高等不足；在專利CN101885614A中公開了一種粉末注射成形用先驅(qū)體水溶性粘結(jié)劑及制備方法，其先驅(qū)體水溶性粘結(jié)劑包含聚乙二醇、聚乙烯醇縮丁醛、聚碳硅烷和硬脂酸，采用粉末注射成形以聚碳硅烷原位生成碳化硅作為增強(qiáng)相，所得的粘結(jié)劑組分間存在混合不均勻、制備工藝復(fù)雜，同時(shí)這種粘結(jié)劑只能與添加了燒結(jié)助劑的Si₃N₄粉末進(jìn)行復(fù)合，制品的密度不高，存在較多的孔隙，所以也存在很大局限性。同時(shí)，上述專利報(bào)導(dǎo)的內(nèi)容均未涉及制備金屬基復(fù)合材料。因此，尋找一種生產(chǎn)效率高、成本低并且制得的產(chǎn)品具有高性能、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的制備方法，以實(shí)現(xiàn)陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料批量化生產(chǎn)極其重要。

發(fā)明內(nèi)容

為克服以上現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決現(xiàn)有粉末注射成形法與先驅(qū)體原位合成法相結(jié)合技術(shù)存在成本高、局限性大、混合不均勻等問題。本發(fā)明的目的旨在提供一種原位生成均質(zhì)納米級(jí)陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，以金屬粉末和有機(jī)硅聚合物粘結(jié)劑混合均勻，不添加陶瓷增強(qiáng)相和任何其他粘結(jié)劑，避免了脫脂過程，用粉末注射成形制備坯體，在真空或惰性氣氛下燒結(jié)，先驅(qū)體原位合成納米級(jí)陶瓷在金屬粉末中分布均勻，克服了納米級(jí)陶瓷粉體團(tuán)聚，難以分散均勻的問題，得到具有性能優(yōu)異、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、低成本、工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高等納米級(jí)陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料。

本發(fā)明的一種原位生成納米級(jí)陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法，采用注射成形與先驅(qū)體原位生成相結(jié)合方法，優(yōu)選工藝為：將有機(jī)硅聚合物粘結(jié)劑與金屬粉末按重量比1∶99～1∶2在混料機(jī)上于80～110℃溫度下混煉1.5～2.5h后成為均勻的喂料；喂料在注射成形機(jī)上于140～160℃溫度，120～150MPa壓力下注射成形，得到所需形狀的金屬基復(fù)合材料成形坯；將所得的坯體在真空或惰性氣氛下，在1350～1430℃溫度進(jìn)行燒結(jié)，升溫速率40～100℃/h，保溫2～4h，得到原位生成納米級(jí)陶瓷-金屬?gòu)?fù)合材料。其中所述有機(jī)硅聚合物粘結(jié)劑也是原位生成納米級(jí)陶瓷的先驅(qū)體。