[發明專利]一種連續鎢纖維及碳化鋯復合增強鎢銅材料、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202110864237.4
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113564499B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 王東;徐凱;冉松林;丁祥;金星;李慶歸
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學科技園有限公司
• 主分類號: C22C49/10
• 分類號: C22C49/10;C22C49/14;C22C47/06;C22C47/14;C22C111/02
• 代理公司: 合肥昊晟德專利代理事務所(普通合伙) 34153
• 代理人: 王林

本發明涉及金屬陶瓷復合材料技術領域，具體涉及一種連續鎢纖維及碳化鋯復合增強鎢銅材料、制備方法及其應用；該復合材料包括如下重量組分的混合料：編織鎢網1份；鋯銅合金1～20份；鎢粉0～10份；碳化鎢粉1～10份，該復合材料的平均顯微維氏硬度≥4.5GPa，抗彎強度≥520MPa，本發明采用低溫反應熔滲法制備連續鎢纖維及原位自生碳化鋯顆粒復合增強鎢銅材料，實現了高強韌鎢基復合材料的低成本快速制備，鎢纖維及碳化鋯顆粒的復合強韌化使材料表現出假塑性斷裂行為，該復合材料在航空航天領域、先進高溫工具、太陽能熱電及核能等領域具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及金屬陶瓷復合材料技術領域，具體涉及一種連續鎢纖維及碳化鋯復合增強鎢銅材料、制備方法及其應用。

背景技術

航天防熱、先進制造、新能源技術的發展有賴于先進高溫結構材料的應用。

研發集高比強度、優異熱物理性能、低制造成本于一體的高溫結構材料的需求越發迫切。碳化鋯顆粒增強鎢銅材料因具有比高溫金屬材料更高的強度和高溫熱導率、比高溫結構陶瓷更好的抗熱震性和經濟性而廣受關注。鎢和碳化鋯固有的脆性使碳化鋯顆粒增強鎢銅材料的綜合性能嚴重受限。利用連續鎢纖維對裂紋橋接、纖維-基體界面剝離和裂紋撓曲等高效增韌機制，制備鎢纖維增強碳化鋯顆粒增強鎢銅材料，是獲得高強韌鎢銅基復合材料的有效途徑。

采用傳統方法(熱壓燒結、放電等離子燒結等)制備高性能鎢纖維增強鎢銅復合材料成本很高、加工難度大，并且高溫燒結帶來鎢纖維損傷、再結晶導致纖維性能下降的弊端，極大地限制了鎢纖維增強鎢銅復合材料的應用。目前，采用低溫反應熔滲法制備復合材料，相比傳統燒結方法，具有快速、近凈成形、低成本的優點。低溫反應熔滲法是將合金加熱到一定的溫度(1100℃～1300℃)，無壓條件下浸滲到多孔預制體中，該方法可以實現復雜形狀工件的快速近成形制備，從而極大地降低難熔復合材料等高熔點、難加工材料的制備成本。

鑒于上述缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本發明。

發明內容

本發明的目的在于解決采用傳統方法制備高性能鎢纖維增強鎢銅復合材料成本很高、加工難度大的問題，提供了一種連續鎢纖維及碳化鋯復合增強鎢銅材料。

為了實現上述目的，本發明公開了一種連續鎢纖維及碳化鋯復合增強鎢銅材料，包括以下重量份數的組分：鎢網1份，鋯銅合金1～20份，鎢粉0～10份，碳化鎢粉1～10份。

所述鎢網為單絲直徑50至200μm，孔徑50至200目的編織鎢網。

所述鋯銅合金為采用純度99.4％海綿鋯及純度99.99％的電解精銅經感應熔煉或電弧熔煉獲得的鋯銅二元合金。

所述鎢粉末純度＞99％，粒度0.5～5μm。

所述碳化鎢粉末純度＞99％，粒度0.5～5μm。

本發明還公開了上述連續鎢纖維及碳化鋯復合增強鎢銅材料的制備方法，包括以下步驟：

S1：將鎢粉和碳化鎢粉混合，然后將兩種粉體與氮化硅以1：2質量比混合后放入聚乙烯球磨罐，在球磨機上混合24h；

S2：將鎢網裁剪成鎢網片，并用1mol/L稀鹽酸泡12h，消去鎢網上的雜質；

S3：將步驟S1中得到的混合粉末過200目標準篩；

S4：在石墨坩堝底部鋪上過篩后的混合粉，然后鋪上一層鎢網，再加粉蓋住鎢網，反復以上操作若干次，最上層為混合粉；

S5：將鋪好的預制體施壓0至20MPa，保壓1～3min；

S6：將鋯銅合金放在壓制后的多孔預制體上；