[發(fā)明專利]一種碳增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910037982.4
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN109680228B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖鵬;方華嬋;李金偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 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(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生;魏娟

本發(fā)明涉及一種碳增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法，屬于復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域。將碳材料和基體金屬A球磨得到表面和內(nèi)部嵌碳金屬粉末；將嵌碳金屬粉末進(jìn)行超聲和干燥處理，得到表面碳去除的內(nèi)部嵌入碳的金屬粉，再以此為原料，通過傳統(tǒng)的混料?壓制?燒結(jié)工藝獲得超細(xì)碳增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。本發(fā)明成功地解決了表面碳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，實現(xiàn)了金屬粉末在燒結(jié)致密的前提下，所設(shè)計和制備的金屬復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐磨性能大幅提高，制備工藝簡單，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，具體涉及一種碳增強(qiáng)金屬基復(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。

中國發(fā)明專利CN104388847B公開了一種碳纖維增強(qiáng)的銅基復(fù)合材料的制備方法，包括如下的步驟：步驟一、稱取配料進(jìn)行球磨混合，混合時間為3小時；得到混合料；所述碳纖維表面包覆有鎳層；所述石墨粉粒徑為50μm，并且所述的石墨粉經(jīng)過化學(xué)鍍技術(shù)處理表面鍍有銅層；步驟二、將所述步驟一制備的混合料在700MPa的壓力下壓制；得到毛坯；步驟三、將所述步驟二制備的毛坯進(jìn)行二期燒結(jié)，得到燒結(jié)后的合金塊；步驟四、將所述步驟三處理后的合金塊進(jìn)行熱處理；得到本發(fā)明所述的碳纖維增強(qiáng)的銅基復(fù)合材料。本發(fā)明制備的銅基復(fù)合材料不僅具有優(yōu)良的自潤滑性能，而且耐磨性能和力學(xué)性能優(yōu)異。但是該發(fā)明將碳纖維和鎳粉、鐵粉和銅粉等球磨混合，會對碳纖維造成嚴(yán)重的損傷，同時采用壓制和高溫?zé)Y(jié)的方式制備材料會導(dǎo)致碳纖維分布不均，以及碳纖維和銅會產(chǎn)生明顯的界面不相容現(xiàn)象，進(jìn)一步影響材料性能。

中國發(fā)明專利CN108441791A公開了一種碳纖維增強(qiáng)的金屬陶瓷復(fù)合材料，由碳纖維預(yù)制體，界面層，陶瓷基體和金屬基體組成，金屬為鋁合金，鎂合金，銅合金，錫合金中的一種，陶瓷為SiC，該復(fù)合材料密度為1.8～3.8g/cm3，該專利還公開了制備不同合金陶瓷復(fù)合材料的方法。這種復(fù)合材料具有制備周期短，密度可調(diào)的優(yōu)點，克服了陶瓷的脆性和低密度，可滿足多領(lǐng)域?qū)μ沾苫鶑?fù)合材料的需求。但是該發(fā)明采用在碳纖維預(yù)制體中先制備陶瓷基體再制備金屬基體，雖然保護(hù)碳纖維免受金屬熔液的損傷，但先驅(qū)體浸漬裂解法在制備好界面層的碳纖維預(yù)制體中制備陶瓷基體，勢必會導(dǎo)致碳纖維收到損傷，且生成的陶瓷界面層脆性大，對性能影響不利。

發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，脫膠碳纖維或酚醛樹脂包覆碳纖維與軟性金屬球磨，可獲得碳顆粒或短碳纖維均勻嵌入的金屬粉末。中國發(fā)明專利CN108018506A公開了一種短碳纖維改性高摩復(fù)合材料，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。如采用碳表面鍍覆過渡性質(zhì)金屬或通過氧化或浸漬-裂解化合形成金屬碳化物，都會影響碳顆粒或碳纖維本身的性能。本發(fā)明采用本發(fā)明采用超聲處理結(jié)合低溫加熱-激冷工藝，有效去除金屬粉末表面鑲嵌的碳，在促進(jìn)金屬粉末顆粒間的燒結(jié)的同時，有效的保護(hù)了碳本身的結(jié)構(gòu)，最大程度發(fā)揮了其特性。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有碳增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料存在的致密性差、各項性能不理想的技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種碳增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的制備方法，旨在制得致密性好、強(qiáng)度、韌性等性能優(yōu)異的碳增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料(本發(fā)明也簡稱為復(fù)合材料)。