[發明專利]逐層凝固制備RTx--M復合材料的方法、裝置和工藝

在審

• 申請號: 202010191398.7
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111266541A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 謝鯤;岳麗杰;夏鵬成;曹梅青;譚云亮
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: B22D11/01
• 分類號: B22D11/01;B22D11/11;B22D11/14
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 王磊

本發明公開了逐層凝固制備RTx??M復合材料的方法、裝置和工藝，其方法為：向RM合金液體的液面通入含有T元素的氣體，液面的RM合金液體與氣體進行選擇反應生成RTx，同時熔融的金屬M發生凝固，使得液面形成RTx??M固體膜，收集RTx??M固體膜獲得RTx??M復合材料；所述RM合金液體為熔融的金屬R和熔融的金屬M形成；所述選擇反應為R與T反應生成RTx的反應，M與T不反應；所述選擇反應的溫度在T_S和T_M之間，T_S為RM合金的固相線溫度，T_M為金屬M的熔點。本發明不僅能夠大幅縮短制備RTx??M復合材料的時間，降低控制難度，而且避免粗大顆粒的形成，提升復合材料的性能。

技術領域

本發明涉及逐層凝固制備RTx--M復合材料的方法、裝置和工藝。

背景技術

公開該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已經成為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

RTx--M表示M基體上彌散分布RTx納米粒子所形成的復合材料。其中：R為Y、Ce、La等稀土元素以及與O、N、C、B等間隙原子之間親和力較大的元素如Zr、Ti、W、Mo、Ta、Al、Mg、Si、Th等，R為其中的一種或兩種以上的組合。T為O、N、C、H、B等間隙原子，T為其中的一種或兩種以上的組合。RTx表示R與T所形成的穩定化合物,x＝1.0-3.0之間的某一數值。M為Cu、Ni、Co、Fe、Ag等與O、N、C、H等間隙原子之間親和力較小的元素，M為其中的一種或兩種以上的組合。RTx--M復合材料中，RTx的含量為0.1～50.0％。

RTx--M復合材料典型的例子如Y₂O₃-Cu這種稀土氧化物彌散強化銅(ROx-Cu)基復合材料。這類材料的制備方法包括粉末冶金法、反應噴射沉積、復合電沉積、液相原位反應等。比較而言，其中液相原位反應法可以一步制成全致密復合材料，而且同時具有強化相粒子大小和數量可控的優勢。但這種技術形成ROx-Cu的速度受擴散控制，因此制備大尺寸材料需消耗很長時間。目前，采用逐層反應、逐層凝固的熔滴沉積反應方法制備RTx--M復合材料能夠大幅縮短生成ROx-Cu的時間。但是本發明的發明人經過研究發現，熔滴沉積反應方法所需的裝置結構復雜，控制難度較大。

另外，對于RTx--M復合材料帶材的制備，可以采用常規的壓延法，但工藝過程復雜。本發明的發明人也嘗試采用短流程的方法，以Y₂O₃-Cu為例，可以用熔體快淬法先制備出Cu-Y合金薄帶，然后用內氧化法處理，讓Cu-Y發生選擇氧化，即Y氧化成為Y₂O₃粒子分布在Cu基體上。但是經過研究發現，這種方法所得到的Y₂O₃包含有一定數量的粗大顆粒，降低復合材料的性能。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明的是提供逐層凝固制備RTx--M復合材料的方法、裝置和工藝，不僅能夠大幅縮短制備RTx--M復合材料的時間，降低控制難度，而且避免粗大顆粒的形成，提升復合材料的性能。

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：

一方面，一種逐層凝固制備RTx--M復合材料的方法，向RM合金液體的液面通入含有T元素的氣體，液面的RM合金液體與氣體進行選擇反應生成RTx，同時熔融的金屬M發生凝固，使得液面形成RTx--M固體膜，收集RTx--M固體膜獲得RTx--M復合材料；所述RM合金液體為熔融的金屬R和熔融的金屬M形成；所述選擇反應為R與T反應生成RTx的反應，M與T不反應；所述選擇反應的溫度在T_S和T_M之間，T_S為RM合金的固相線溫度，T_M為金屬M的熔點。