[發(fā)明專利]一種SiC/Cu復合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410249289.0
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN104294077A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設計）人: 張銳;范冰冰;邵剛;王晨陽;宋博震;郭曉琴;李春光;孫冰;高前程;解亞軍;管可可
• 申請（專利權）人: 鄭州航空工業(yè)管理學院
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/05;C22C9/00;C22C29/02;C22C32/00;C22C30/02
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

技術領域

本發(fā)明屬于陶瓷金屬復合材料技術領域，具體涉及一種SiC/Cu復合材料，同時還涉及一種SiC/Cu復合材料的制備方法。

背景技術

結構-功能一體化的SiC/Cu高性能復合材料是一種具有廣闊應用前景的新型材料。但是由于SiC和Cu晶格類型的差異，導致熔融Cu和SiC兩相之間存在不潤濕、分散均勻性差等一系列問題，并且在復合材料燒結過程中容易發(fā)生界面反應，嚴重影響了SiC/Cu復合材料綜合性能的提升。目前，有大量關于陶瓷-金屬復合材料的界面改性的文獻研究，以改善碳化硅顆粒增強相與金屬基體的界面結合和分散均勻性，但陶瓷-金屬復合材料的綜合性能提高較為有限，不能滿足使用的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種SiC/Cu復合材料，解決現(xiàn)有SiC/Cu復合材料的綜合性能差，不能滿足使用需求的問題。

本發(fā)明的第二個目的是提供一種SiC/Cu復合材料的制備方法。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種SiC/Cu復合材料，所述復合材料的連續(xù)相為玻璃相，SiC顆粒、Cu顆粒均勻地被包裹在玻璃相中。

所述SiC顆粒的尺寸為5～15μm。所述Cu顆粒的尺寸為10～30μm。

所述復合材料中，SiC、Cu與玻璃相的體積比為1:(0.5～1.5):(0.1～0.6)。

所述玻璃相的成分為SiO₂、B₂O₃和Na₂O；SiO₂、B₂O₃與Na₂O的質(zhì)量比為0.5:(0.1～0.3):(0.2～0.4)。該成分玻璃相的玻璃化溫度與復合材料的燒結溫度相匹配，能同步形成流動性較好的玻璃相。

所述玻璃相的密度為2.3～2.5g/cm³。

一種上述的SiC/Cu復合材料的制備方法，包括下列步驟：

1)將SiC粉與Cu粉混合、過篩后，加熱使Cu顆粒表面氧化形成一層Cu₂O，得混合粉體A；

2)采用溶膠凝膠法使步驟1)所得混合粉體A的顆粒表面分別包裹一層非晶態(tài)SiO₂，得混合粉體B；

3)將步驟2)所得混合粉體B與B₂O₃的前驅(qū)體、Na₂O的前驅(qū)體混合，得混合粉體C；

4)采用真空熱壓燒結法對步驟3)所得混合粉體C進行燒結，即得玻璃相為連續(xù)相的SiC/Cu復合材料。

步驟1)中所述過篩為過200目篩網(wǎng)。過篩的次數(shù)至少為3遍。

步驟1)中所述加熱是指加熱至溫度為150～250℃并保溫10～30min。

步驟2)中所述溶膠凝膠法為：將SiO₂前驅(qū)體、步驟1)所得混合粉體A分散于乙醇水溶液中，得混合物A；調(diào)節(jié)混合物A的pH為2，在45℃條件下攪拌，使SiO₂前驅(qū)體完全水解形成SiO₂溶膠，再調(diào)節(jié)溶膠的pH值為9，繼續(xù)攪拌得復合凝膠體；將復合凝膠體過濾、干燥并過篩后，得混合粉體B。

所述SiO₂前驅(qū)體為正硅酸乙酯(TEOS)。所述正硅酸丁酯、乙醇、水的體積比為23:35:3。

上述溶膠凝膠法中，所述過濾為真空抽濾；所述干燥為真空干燥；所述過篩為過120篩網(wǎng)；過篩的次數(shù)至少為3次。所述真空干燥的溫度為75～85℃，時間為4～8h。優(yōu)選的，所述真空干燥的溫度為80℃，時間為6h。

步驟3)中，所述B₂O₃的前驅(qū)體為H₃BO₃；所述Na₂O的前驅(qū)體為Na₂CO₃。

步驟3)中所述混合為研磨混合，研磨的時間為至少10min。

步驟4)中所述真空熱壓燒結法為：將混合粉體C在常溫、30～40MPa條件下預壓3～10min，卸壓后，以20℃/min的升溫速度升溫至700～850℃并保溫1～2小時，后加壓20～50MPa并保溫保壓15～60min，隨爐冷卻后即得。

所述真空熱壓燒結法中，升溫至700～850℃并保溫1～2小時過程中，不對處理樣品進行加壓，使玻璃相在無壓條件下充分流動。