[發明專利]一種碳增強金屬基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201910037982.4
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN109680228B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 肖鵬;方華嬋;李金偉
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C47/14
• 分類號: C22C47/14;C22C49/14;C22C49/02;C22C1/05;C22C1/10;B22F9/04;C22C49/06;C22C101/10
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生;魏娟

1.一種碳增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于：將碳材料和基體金屬A球磨得到表面和內部嵌碳金屬粉末；將嵌碳金屬粉末進行超聲處理結合低溫加熱-激冷工藝，去除其表面的碳，得到備用料；

所述超聲處理結合低溫加熱-激冷工藝為：將嵌碳金屬粉末經超聲處理，將超聲后的物料在150～300℃下熱處理，將熱處理后的物料在液氮中激冷，激冷處理后的物料再經超聲處理，即得去除表面碳的備用料；

將備用料直接壓制-燒結，或與顆粒相B混料后壓制-燒結，得到碳增強金屬基復合材料；

所述基體金屬A的氧化物難用和/或可用H₂、CO中的一種或多種還原性氣氛還原；和/或，所述基體金屬A的氧化物也可用H₂、CO中的一種或多種還原性氣氛還原；

所述顆粒相B為鐵、鉻、鎢、顆粒狀石墨、鱗片狀石墨、鐵鉻合金、氧化鋁、碳化硅、碳化鈦、硬質陶瓷、碳化鎢中的一種或多種按任意比例混合。

2.如權利要求1所述的碳增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于：所述的碳材料為零維、一維、二維、三維碳材料中的至少一種。

3.如權利要求2所述的碳增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于：所述的碳材料為顆粒石墨、碳纖維、碳纖維破碎后的碳顆粒的一種或多種按任意比例混合。

4.如權利要求2所述的碳增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于：所述碳材料為脫膠后的短碳纖維；所述脫膠后的短碳纖維的制備方法為：在保護氣氛下；將短碳纖維束加熱至650～800℃保溫處理20～90min；得到脫膠后的短碳纖維。

5.如權利要求2所述的碳增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于：所述碳材料為酚醛樹脂包覆的短碳纖維；

酚醛樹脂包覆的短碳纖維的制備方法為：將配取的酚醛樹脂溶于酒精中，得到酚醛樹脂酒精飽和溶液；然后將短碳纖維經60～80℃酚醛樹脂酒精飽和溶液浸漬1～2h；再在80～150℃下烘干1～3h；得到酚醛樹脂包覆的短碳纖維。

6.根據權利要求1所述的碳增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于：所述基體金屬A為鋁、鈦、鋯、銅、鐵、鎳、鉻、錳、銀中的至少一種。

7.根據權利要求1所述的碳增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于：

所述超聲的過程包括如下步驟：

1)將表面和內部嵌碳金屬粉末加入酒精中獲得混合液，超聲處理5～60min，將混合液真空干燥，獲得干燥粉體M，將干燥粉體M過400～600目篩，獲得篩上物C，所述篩上物C為初級表面碳去除的金屬粉；

2)將步驟1)所得篩上物C在真空條件下于150～300℃熱處理30～60min后，再置于液氮中保溫處理5～10min，將處理后的篩上物C加入酒精中獲得漿液，超聲處理10～30min，將漿液真空干燥后，獲得干燥粉體N，將干燥粉體N過400～600目篩，獲得篩上物D，所得篩上物D為僅內部鑲嵌于碳的金屬粉末。

8.如權利要求1～7任一項所述的碳增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于：嵌碳金屬粉末與顆粒相B的質量比為20～100：0～80。

9.如權利要求1所述的碳增強金屬基復合材料的制備方法，其特征在于：

將混料后的混合料冷壓成型后得到壓坯，再在保護氣氛或真空或保護氣氛加壓條件下燒結，得到碳顆粒增強金屬基復合材料；或將混合粉直接熱壓得到碳顆粒增強金屬基復合材料；

冷壓成型過程的壓制壓力為200～600MPa，保壓時間為20～30s；壓坯燒結過程的溫度為基體金屬A熔點的60％～80％，保溫時間為0.5～3h，壓力為0～1MPa；

熱壓過程的單位壓力為200～600MPa，溫度為基體金屬A熔點的60％～80％，保溫保壓時間為2～90min。