[發明專利]原子堆積理論壓力燒結制備SiC/石墨強化Cu-基合金復合材料的方法

在審

• 申請號: 202110277141.8
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113051729A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 王通;董桂馥;閻小軍
• 申請（專利權）人: 大連大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;C22C1/05;C22C9/00;C22C32/00;G06F113/26;G06F119/14
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 祝詩洋

本發明涉及原子堆積理論壓力燒結制備SiC/石墨強化Cu?基合金復合材料的方法，在制作工藝上通過選擇晶體結構建模，使得粉末冶金法下的成型更加致密。本發明采用面心立方填隙，適用于兩種強化相不同粉末燒結成型。通過調控強化相與基體間的尺寸比例，提高了強化材料與基體合金之間的結合力。摩擦時避免了解理開裂與強化相聚集導致的不穩定因素，極大地提高了耐磨材料的使用效率。

技術領域

本發明涉及原子堆積理論壓力燒結制備SiC/石墨(G)強化Cu-基合金復合材在結構優化下對耐磨性能上的影響。

背景技術

近年來中國高鐵代表了中國科技的發展，成為世界的焦點。然而，高鐵的極高的運行速度和穩定性，是評價其綜合性能不可缺少的一部分。因此，高鐵的制動系統是現在的高鐵動車考量其發展水平的一個重要標準。現有高鐵動車制動時的表面溫度可達500-600℃，其制動盤采用的多是銅基復合材料。目前，對于這類材料的制備方法很多，但由于制造過程還比較繁瑣，達不到預期所需要求，且有著過高的成本。粉末冶金法成為了生產大型金屬基復合材料的主要成型工藝。然而，粉末冶金成形時，多數材料都會出現各種孔洞缺陷，嚴重導致了其機械性能的降低。

發明內容

為彌補現有技術不足，本發明通過結構優化，利用原子堆積理論擬解決大多數粉末冶金成型時所產生的缺陷。

為實現上述目的，提供采用原子堆積理論壓力燒結制備SiC/石墨強化Cu-基合金復合材料的方法。

包括如下步驟：

S1.根據燒結方法、基體材料及強化相選擇建模模型；燒結方法采用粉末冶金法；強化相為單相時，選擇簡單立方模型，強化相為兩相時，選擇面心立方模型；

S2.根據模型及公式計算理想狀態下的充填體積，得到強化相與基體材料的尺寸比例關系；

S3.根據步驟S2獲得的尺寸比例關系，制備粉末冶金法胚體、燒結得到復合產品。

進一步的，所述基體材料為Cu基材料，強化相為兩相分別是SiC和石墨，選擇面心立方模型。

所述步驟S1，本發明使用粉末冶金法，把每一個粉末顆粒看作一個原子。通過不同的原子堆積狀態解析宏觀上的粉末成型工藝。首先把常見金屬晶體結構進行分析：在常見金屬晶體模型上有簡單立方，體心立方，面心立方與密排六方四種。體心立方模型在八面體間隙下不對稱性導致充填顆粒在不同方向上尺寸變化，因此不能做粉末冶金法下建模參考。本發明選擇強化顆粒為SiC和G兩種，在堆積下需使用空隙填隙，因此排除簡單立方模型；然而密排六方模型過于復雜，不做建模參考；本發明以高鐵制動盤Cu-基復合材料為例，因此選用面心立方模型。

進一步的，所述步驟S2具體為：

面心立方晶格的八面體間隙半徑＝0.414r；(1)

面心立方晶格的四面體間隙半徑＝0.225r；(2)

理想狀態下，微觀面心立方晶格模型中四面體與八面體間隙里的充填體積分別為：

上述公式中，r表示基材顆粒的半徑，把每一個粉末顆粒看作一個球體進行計算，單位是μm微米；

面心立方晶胞下，基材顆粒體積充填率為74％，根據式(3)和(4)計算可知位于四面體間隙與八面體間隙的兩種強化相的體積充填量，進而獲得兩種強化相的充填體積比，根據強化相與基材的比例為1/10和兩種強化相的充填體積比，對面心立方晶胞剩余空間進行分配，獲得強化相和基材的體積充填量。