[發明專利]一種碳化硅作為增強相的金屬基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610460435.3
• 申請日: 2016-06-21
• 公開（公告）號: CN105925872B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 黃慶;李勉;陳凡燕;司曉陽;都時禹
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C22C32/00
• 分類號: C22C32/00;C22C1/10;C22C1/05;C22C9/00;C22C49/14;C22C47/04;C22C47/14;C22C101/14
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司11327
• 代理人: 單英

技術領域

本發明涉及金屬基復合材料技術領域，尤其涉及一種碳化硅作為增強相的金屬基復合材料及其制備方法。

背景技術

碳化硅材料，包括碳化硅顆粒、碳化硅晶須以及碳化硅纖維等，具有耐高溫、抗氧化、高強度、高熱導、耐腐蝕等的特點，是十分理想的復合材料增強相材料。近年來，碳化硅被廣泛用于金屬材料和陶瓷材料的增強和增韌。然而，碳化硅與銅、鋁等多種金屬潤濕性較差，導致復合材料的界面結合較差，碳化硅無法起到良好的增強效果，由此得到的復合材料的力學和導熱等方面性能并不理想。

發明內容

針對上述碳化硅作為金屬基復合材料增強相所存在的問題，本發明提供了一種金屬基復合材料以及陶瓷基復合材料，以三元層狀Ti₃SiC₂陶瓷修飾的碳化硅為增強相。

三元層狀Ti₃SiC₂陶瓷材料兼具金屬和陶瓷的特性。Ti₃SiC₂從金屬材料中繼承了優良的導電性和導熱性，良好的抗熱震性和損傷容限，較低的硬度和較好的機械加工性；從陶瓷材料中繼承了很高的彈性模量和高溫強度，以及出色的抗氧化性和抗腐蝕性能等。由于具有類金屬的特點，Ti₃SiC₂與多種金屬都具有較好的潤濕性和相容性，因此，本發明采用在碳化硅表面制備Ti₃SiC₂可以改善碳化硅與金屬基體的結合性能，從而提升碳化硅對金屬基體的增強效果。

所述金屬基體不限，包括鋁、銅、鎂、鈦、鎳、鋯、鐵等中的一種或者其合金。

Ti₃SiC₂修飾的碳化硅是指在碳化硅表面存在Ti₃SiC₂修飾，即，Ti₃SiC₂位于碳化硅表面，與碳化硅之間存在化學鍵結合，附著力強。作為優選，所述的Ti₃SiC₂在碳化硅表面形成Ti₃SiC₂涂層。所述的碳化硅形式不限，包括顆粒、纖維、晶須等。所述碳化硅顆粒的粒徑優選為30nm～50μm。所述碳化硅晶須直徑優選為0.5～2μm，長度優選為1～50μm。所述碳化硅纖維包括短切碳化硅纖維，連續碳化硅纖維以及連續碳化硅纖維預制體。

所述Ti₃SiC₂修飾的碳化硅的制備方法不限。作為一種實現方式，本發明采用熔鹽合成法在碳化硅表面原位形成Ti₃SiC₂，即：

將碳化硅、金屬鈦粉，以及可溶于水的鹽混合均勻，得到混合物；然后將混合物加熱使鹽熔融，在該熔鹽中碳化硅與金屬鈦反應，在碳化硅表面形成Ti₃SiC₂，冷卻得到反應產物；將反應產物置于水中使鹽溶化，然后分離、洗滌、干燥，得到Ti₃SiC₂修飾的碳化硅。

作為優選，鹽與碳化硅的摩爾比為1:0.1～1:1。

作為優選，碳化硅與鈦的摩爾比為1:0.05～1:1。

作為優選，鈦粉粒徑為30nm～50μm。

作為優選，反應溫度為900～1200℃，更優選為1100℃。

作為優選，反應時間為10～300分鐘，更優選為30～60分鐘。

所述的鹽可溶于水，包括但不限于陽離子為鋰、鈉、鉀、鈣、鋅、鋇等可溶性鹽中的一種或者兩種以上的混合物。所述鹽優選為鹵鹽。當所述鹽為混合物時，混合物中各成分的量優選按照共晶點比例進行混合。

該制備方法利用熔鹽為液態反應介質，以原位反應的形式在碳化硅表面制備Ti₃SiC₂，能夠明顯加速碳化硅與鈦的反應動力學，在較低溫度、較短時間內即可生成Ti₃SiC₂，且形貌均勻。

本發明所述的金屬基復合材料的制備方法不限，可以將所述的Ti₃SiC₂修飾的碳化硅與金屬基體混合，通過粉末冶金法、溶液原位還原法、熔煉法、化學沉積法等制得該金屬基復合材料。