[發(fā)明專利]一種金屬-碳復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910034586.6
• 申請(qǐng)日: 2019-01-15
• 公開（公告）號(hào): CN109695007B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方華嬋;肖鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C47/14
• 分類號(hào): C22C47/14;C22C49/14;C22C49/02;C22C49/08;C22C101/10;C22C121/02
• 代理公司: 43114 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 盛武生;魏娟

本發(fā)明涉及一種金屬?碳復(fù)合材料的制備方法，屬于金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。通過將碳顆粒嵌入的金屬粉末進(jìn)行預(yù)氧化處理，去除金屬顆粒表面碳顆粒，再在還原氣氛下還原，之后再將其與其他組分混合后壓制燒結(jié)得到金屬?碳復(fù)合材料。本發(fā)明成功地解決了碳顆粒嵌入的金屬粉末在燒結(jié)過程中的界面燒結(jié)不致密問題，實(shí)現(xiàn)了金屬粉末在燒結(jié)致密的前提下，所設(shè)計(jì)和制備的金屬?gòu)?fù)合材料的力學(xué)性能和耐磨性能大幅提高，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金屬基復(fù)合材料，具體涉及一種金屬-碳復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

碳顆粒(碳纖維、石墨等)增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料兼具金屬的高導(dǎo)電導(dǎo)熱、良好強(qiáng)韌性、耐腐蝕性能和碳纖維的高強(qiáng)韌性、石墨的潤(rùn)滑特性等，被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)熱材料、導(dǎo)電材料、摩擦材料等領(lǐng)域。

近年來，研究人員為提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和高溫抗氧化性能，做了大量的研究，主要集中于碳/金屬界面潤(rùn)濕性的改進(jìn)、通過碳的加入，如碳表面鍍覆金屬、金屬中加入其他合金元素降低與碳的界面潤(rùn)濕性，使用人造顆粒、碳纖維來改善材料的抗氧化性能，通過酚醛樹脂包覆處理，促進(jìn)金屬氧化物膜層的還原，從而促進(jìn)金屬的燒結(jié)擴(kuò)散。

本人專利CN108018506A公開了一種短碳纖維改性高摩復(fù)合材料，其特征在于：所述短碳纖維改性高摩復(fù)合材料其所用原料包括下述組分：樹脂包覆-固化處理短碳纖維1～3wt.％；納米氧化物彌散強(qiáng)化銅粉大于等于15wt％；所述納米氧化物彌散強(qiáng)化銅粉中，納米氧化物通過原位生成。采用樹脂包覆-固化處理短碳纖維與金屬銅粉球磨制備預(yù)合金粉，再與其他組元粉末混合，通過壓制燒結(jié)，制備一種短碳纖維改性高摩復(fù)合材料。但該方法可能存在的問題，即少量碳纖維裸露于銅顆粒外部，將阻礙銅顆粒間的燒結(jié)擴(kuò)散，導(dǎo)致燒結(jié)可能存在的不致密現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有金屬-碳復(fù)合材料存在的致密性差、各項(xiàng)性能不理想的技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種制備金屬-碳復(fù)合材料的方法，旨在制得致密性好、強(qiáng)度、韌性等性能優(yōu)異的金屬-碳復(fù)合材料(本發(fā)明也簡(jiǎn)稱為復(fù)合材料)。

采用碳材料可以增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的性能，但碳材料和金屬相往往存在界面阻礙，難于充分發(fā)揮碳材料增強(qiáng)效果，預(yù)先將碳材料和部分基體金屬?gòu)?fù)合，得到嵌碳金屬粉末，隨后再和基體金屬燒結(jié)，可以提升得到的碳顆粒增強(qiáng)金屬的性能，但改善程度有限。本發(fā)明人通過深入研究，首次發(fā)現(xiàn)其主要原因?yàn)榍短冀饘俜勰┍砻娌豢杀苊獾芈懵短疾牧献璧K了燒結(jié)過程的燒結(jié)擴(kuò)散，導(dǎo)致燒結(jié)不致密。基于本發(fā)明首創(chuàng)性地發(fā)現(xiàn)的該技術(shù)問題，本發(fā)明創(chuàng)新地提出一種通過預(yù)氧化-還原手段脫除嵌碳金屬粉末表面的碳材料，提升燒結(jié)致密性，改善燒結(jié)得到的復(fù)合材料性能的方法，具體如下：

本發(fā)明一種制備碳增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的方法，將碳材料和基體金屬A(本發(fā)明也稱為金屬A)球磨得嵌碳金屬粉末；將嵌碳金屬粉末進(jìn)行預(yù)氧化，去除其表面的碳材料，隨后再在還原氣氛下還原；

將還原處理的嵌碳金屬粉末與基體金屬B(本發(fā)明也稱為金屬B)和顆粒相C混料后壓制、燒結(jié)，得到金屬-碳復(fù)合材料；或

將還原處理的嵌碳金屬粉末與顆粒相C混料后壓制、燒結(jié)，得到金屬-碳復(fù)合材料；或

將還原處理的嵌碳金屬粉末直接壓制、燒結(jié)，得到金屬-碳復(fù)合材料。

本發(fā)明方法，創(chuàng)新地預(yù)先將碳材料球磨嵌入至基體金屬中，隨后再創(chuàng)新地利用預(yù)氧化-還原手段去除嵌碳金屬粉末裸露于金屬外部的碳，從而有效改善其在基體金屬中的燒結(jié)擴(kuò)散，明顯提升燒結(jié)致密性。本發(fā)明提供的制備方法，在實(shí)現(xiàn)了金屬粉末在燒結(jié)致密的前提下，獲得了高強(qiáng)、高韌、耐高溫，且耐磨性良好的金屬基復(fù)合材料，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低。

作為優(yōu)選，所述的碳材料為零維、一維、二維、三維碳材料中的至少一種。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述的碳材料為人造石墨顆粒、碳纖維、纖維碳顆粒、石墨顆粒的一種或多種按任意比例混合。