[發明專利]一種金屬基氮化鋁復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201611248588.8
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN108251678B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發明（設計）人: 劉成臣;宋山青;邵長健;徐強;林信平
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/02;C04B35/581;C04B35/622;C04B38/00;C04B41/88
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王園園;李婉婉

本發明涉及陶瓷領域，公開了一種金屬基氮化鋁復合材料，該復合材料包括氮化鋁陶瓷骨架以及填充于至少部分氮化鋁陶瓷骨架孔隙內的金屬，所述氮化鋁陶瓷骨架含有氮化鋁和CuAlO₂，所述氮化鋁陶瓷骨架的孔隙率為20?40％。還涉及制備金屬基氮化鋁復合材料的方法，以及該方法制得的金屬基氮化鋁復合材料。本發明制得的氮化鋁陶瓷骨架中形成了CuAlO₂物質。由于CuAlO₂與金屬銅、鋁的潤濕性較好，從而減少了后續氮化鋁陶瓷骨架與金屬復合時界面層的構建，有利于其后續與金屬進行復合來制備金屬基氮化鋁復合材料。另外，CuAlO₂可能在氮化鋁顆粒表面形成了膜層，從而能夠進一步提高氮化鋁陶瓷骨架與金屬的結合力。

技術領域

本發明涉及陶瓷領域，具體地，涉及一種金屬基氮化鋁復合材料及其制備方法。

背景技術

現有技術大部分是在氮化鋁粉體中添加易揮發分解的造孔劑(如樹脂、淀粉等)，通過造孔劑在燒結過程中揮發使其所占的位置形成孔隙，從而制備多孔的氮化鋁陶瓷骨架。

例如專利申請CN1654432A公開了一種低成本高性能氮化硅/碳化硅多孔陶瓷的制備方法。該方法包括配料、成型、燒結常規陶瓷材料制備工藝：以酚醛樹脂作為造孔劑和碳源，利用燒結過程中的碳熱還原反應，原位生成納米SiC相。但是，該技術存在以下缺點：①所添加造孔劑揮發不完全可能殘余在氮化鋁表面，影響其性能以及對后續的表面改性造成不便；②造孔劑分解揮發多在原位形成閉孔，孔之間較難相互連通，不利于后面與金屬的復合。

另外，專利申請CN102815957A公開了一種有色金屬合金增韌氮化鋁陶瓷基復合材料及制備方法。其氮化鋁坯件由氮化鋁、氧化釔、氧化鋁、炭黑組成，氮氣氣氛下獲得孔隙率小于43％的氮化鋁坯件，加熱壓鑄機，將銅合金加熱至熔融狀態倒入放置氮化鋁坯件的空腔內，壓頭將熔融銅合金壓入氮化鋁坯件中，最后待鑄塊冷卻后與模具分離，對產品進行熱處理后得到銅增韌氮化鋁陶瓷基復合材料。對于上述熔融銅浸滲氮化鋁坯件，該技術沒有進行相關的界面層構建。浸滲時其結合界面為氮化鋁與熔融銅直接接觸，即使在制備坯件的過程中加入了過量的氧化鋁，氧化鋁表面也會覆蓋有氮化鋁，并不能形成氧化鋁與熔融銅接觸的結合界面，因為氮化鋁和銅的潤濕性不理想，采用這種方法制備的金屬氮化鋁復合材料存在骨架與金屬復合性差的問題，嚴重影響復合材料的性能。

因此，現在急需一種能夠提高新型的氮化鋁陶瓷骨架與金屬復合性較優的復合材料及其制備方法。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術中氮化鋁陶瓷骨架與金屬復合性較差的缺陷，提供一種金屬基氮化鋁復合材料及其制備方法。

因此，為了實現上述目的，本發明了提供一種金屬基氮化鋁復合材料，該復合材料包括氮化鋁陶瓷骨架以及填充于至少部分氮化鋁陶瓷骨架孔隙內的金屬，所述氮化鋁陶瓷骨架含有氮化鋁和CuAlO₂，所述氮化鋁陶瓷骨架的孔隙率為20-40％。

本發明的發明人在研究中發現，通過燒結過程中氮化鋁與氧化銅或氧化亞銅的反應產生氣體，從而使得氮化鋁基體中原位形成多孔，并且，氮化鋁顆粒之間也存在一些孔隙，采用機械壓力下的壓制成型使得氮化鋁顆粒間更易形成通孔。通過燒結過程中氮化鋁與氧化銅或氧化亞銅的反應，可以生成CuAlO₂，制得氮化鋁陶瓷骨架與金屬的結合力較優異的復合材料。究其原因可能是由于CuAlO₂與金屬銅、鋁等金屬的潤濕性較好。另外，CuAlO₂可能在氮化鋁顆粒表面形成了膜層，該膜層在后續氮化鋁陶瓷骨架與熔融金屬的復合過程中可能起到界面層的作用，從而能夠進一步提高氮化鋁陶瓷骨架與金屬的結合力。本發明的氮化鋁陶瓷骨架不必或者只需再輕微構建界面層即可保證氮化鋁陶瓷骨架與金屬的結合力，進而制得復合性較優異的金屬基氮化鋁復合材料。

具體地，氮化鋁與氧化銅或氧化亞銅反應的化學式如下：