[發明專利]一種基于I-WP曲面的銅碳化硅復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201811320207.1
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109516809A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 葉喜蔥;熊金艷;林咸參;徐張洋;吳海華
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: C04B35/577
• 分類號: C04B35/577;C04B35/622;C04B38/00;C04B38/06;C04B41/88
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明公開一種基于I?WP曲面的Cu/SiC復合材料的制備方法，是一種金屬相Cu和陶瓷相SiC以三周期極小曲面I?WP結構為基礎，在三維空間網絡結構連續并且互相纏繞在一起的三維網絡結構復合材料。I?WP曲面結構能有效避免應力集中，增加復合材料的力學性能，Cu/SiC復合材料既具有金屬的塑形、導電導熱性，又具備陶瓷的高硬度、高耐磨性及化學穩定性等特點。所述制備方法具體是設計并3D打印I?WP曲面的結構；多孔SiC陶瓷預制體的制備；金屬Cu的浸滲。本發明可以通過改變I?WP曲面結構的打印參數，控制金屬和陶瓷的含量，使制備的Cu/SiC復合材料更適合工業的需要。

技術領域

本發明涉及一種Cu/SiC復合材料的制備方法，具體的涉及一種基于I-WP曲面的Cu/SiC復合材料及其制備方法

背景技術

銅的導電導熱性能較好，但硬度耐磨性較差；而碳化硅陶瓷硬度相當高，僅次于幾種超硬材料，且具有較好的機械性能，但碳化硅陶瓷脆性較大。SiC陶瓷材料彈性模量高、抗氧化性能好、高溫強度大等優越性能，是用于強化電接觸基體材料的最理想原料之一。因此將金屬銅和碳化硅陶瓷復合起來制成復合材料能充分發揮兩種材料的性能優點，彌補各自的不足，使Cu/SiC復合材料成為一種綜合性能更為優良的新型導電耐磨復合材料。常用的制備方法主要包括：內氧化法、粉末冶金法、機械合金化法、攪拌鑄造法，但是這些傳統制備方法不能形成規則的三維聯通結構，為了保證導電性能，需要大量加入Cu形成三維網絡導電結構，但是過多的銅會使強度和耐磨性下降，易產生裂紋，坍塌等缺陷。

發明內容

本發明提供一種基于I-WP曲面的Cu/SiC復合材料的制備方法，這種三周期極小曲面結構除了能保證力學性能外，而且還具備光滑連續、連通性良好、三維貫通的金屬Cu結構，保證導電導熱等性能。通過該方法可以對金屬銅的結構、分布及含量的任意調整，便于獲取特定工況下的最佳金屬Cu含量，以及具有特定要求的結構，可以制備力學性能和導電性能好的Cu/SiC復合材料。其中，該制備方法包含以下幾個步驟：

(1)PLA骨架的制備：利用熔融沉積式3D打印機打印所設計的PLA材料的I-WP曲面結構，分層厚度0.1～0.2mm，打印速度60mm/s，周期參數1～4，曲面厚度0.5～2mm；

(2)陶瓷粉體的制備：將SiC粉，滑石粉，Al₂O₃粉和Y₂O₃粉、纖維素按質量比88.5～91.5：3.6～5.5：0.9～2.2：0.5～1.5：1.5～3.0比例稱量混合(所述的陶瓷漿料中SiC粉，滑石粉，Al₂O₃粉和Y₂O₃粉、纖維素優選質量比為90.5：4.0：1.5：1.0：3.0)，球磨4h后，過篩得到顆粒粒度≤1μm的陶瓷粉體；

(3)陶瓷漿料的制備：將步驟(2)所述的陶瓷粉體倒入無水乙醇中，粉末與無水乙醇的質量比2：0.8-1.2，用氨水調節pH至9～11。置于滾筒式球磨機中混料2-4h，回轉速度250～300r/min，使各種物料混合均勻，成泥漿狀，再陳腐1-2d后得到碳化硅陶瓷漿料；

(4)陶瓷胚體的制備：將步驟(1)所述的PLA結構放置于鑄造模具內，再將得到的碳化硅陶瓷漿料加入催化劑和引發劑，按陶瓷漿料、催化劑四甲基乙二胺和引發劑過硫酸銨的質量比為100：1.0～1.5：0.5～1.0的比例添加，快速攪拌后注入模具使漿料固化，將固化漿料放在真空干燥箱中進行冷凍干燥，溫度為-140～-120℃，預凍2～3h，待完全結晶后抽真空，然后在-5～0℃，真空度10～20Pa下冷凍干燥24h，即可得到基于I-WP曲面的PLA/碳化硅陶瓷材料胚體；