[发明专利]一种可调节基体相和增强相组成的多孔陶瓷/金属双连续相复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料的制备方法，特别涉及一种可调节基体相和增强相组成的多孔陶瓷/金属双连续相复合材料的制备方法。

背景技术

多孔陶瓷/金属复合材料是20世纪80年代发展起来的陶瓷/金属复合材料的一种结构形式，即陶瓷相在复合材料中呈三维网状连续分布，金属相也在复合材料中呈三维网状连续分布，它们在空间呈现独特的网络结构。由于网络陶瓷骨架与金属三维连续，每一相都能发挥其独特的性能。因此，多孔陶瓷/金属双连续相复合材料具有高强度、高硬度、良好的抗磨损性能和抗热震性能，较高的热导率，较低的热膨胀系数，在航空航天、汽车制动、电子封装、机械制造等工业领域有着广泛的应用前景。

多孔陶瓷/金属双连续相复合材料的制备过程主要包括多孔陶瓷预制件的制备和复合材料的制备两个过程，首先是制备多孔陶瓷，然后对多孔陶瓷和金属进行复合得到多孔陶瓷/金属的复合材料。

目前制备多孔陶瓷/金属复合材料的常用方法有挤压铸造工艺、真空压力渗浸工艺、无压渗浸工艺等。

挤压铸造工艺中由于施加压力较大，高压作用促使组织致密度高，熔体与增强材料接触时间变短，减少了界面反应时间，因而制备出的复合材料致密度高，性能好。但是由于在材料制备过程中需要施加较大压力，要求预制件具有一定的机械强度，因此只适合于制备不连续体的复合材料，不适合于制备双连续相复合材料型材，也不能生产大尺寸零件，因而限制了其工业化生产^[1,2]。

真空压力渗浸工艺一般是采用高压惰性气体将金属液压入抽成真空的预制件中，在内外压力差的作用下凝固生成复合材料，该工艺可有效防止复合材料组分的氧化，限制界面反应，改善界面结合强度，减少出现气孔等缺陷的几率，所以制备出的材料致密度较高，性能较好，但是由于该工艺对设备要求较高，生产工艺复杂，成本较高，且不能生成大尺寸零件，因而限制了其快速发展^[3]。

无压渗浸工艺诞生于20世纪80年代，主要技术为美国Lanxide公司所掌握，它主要是利用毛细管力的作用，使金属熔液在陶瓷预制件中自发攀升，占据孔洞的空间，并且与陶瓷的界面牢固结合浸渗预制件，该工艺生产过程简单，无需高压设备，且材料组分体积分数可调，生产成本相对较低，可制作大型复杂构件，但是由于金属和多孔陶瓷间的界面反应较为严重，制备出的材料致密度不高，性能相对较差，离工业化生产及实际应用还有很长一段距离^[4-5]。

现有多孔陶瓷/金属复合材料所采用的挤压铸造工艺、真空压力浸渗工艺、无压浸渗工艺等方法，大多数先把金属制成合金锭，然后升温通过铸造或浸渗方法获得复合材料。由于这些方法需要先制备合金锭的步骤，而且金属或合金锭与多孔陶瓷分开放置，所以工艺过程比较复杂，铸造或浸渗慢，效率低，生产成本高，而且某些合金锭需要特殊设备制得或存在难以制备的缺点；此外，挤压铸造工艺、真空压力浸渗工艺、无压浸渗工艺等方法中，基体相基本上不能含有氧化物、碳化物、氮化物等非金属粉，这是由于这些非金属粉熔点很高，很难发生熔融，阻止了挤压铸造、浸渗过程的进行，因此很难对复合材料中基体相和增强相进行调节，从而使得复合材料内部各组分的变化范围很小，这大大限制了多孔陶瓷/金属复合材料性能的剪裁及其应用前景。

参考文献

[1] 黄永攀，李道火，黄 伟，挤压铸造条件下铝基复合材料铸造流动性研究，铸造技术，2004，53（11）：898-900；

[2] 马晓春，挤压铸造法制备SiC颗粒增强铝基复合材料，热加工工艺，1996（4）：25-26，28；

[3] 张萍，金属基复合材料液态浸渗制备工艺，毕节学院学报，2010，28（8）：73-76；

[4] Zufia A, Hand R J, The production of Al-Mg alloy/SiC metal matrix composites by pressureless infiltration, Journal of Materials Science, 2002, 37(5): 955-961；

[5] Aghajanian M K, Burke J T, White D R, and AS Nagelberg, A new infiltration for the fabrication of metal matrix composites, SAMPE Quarterly, 1989, 20(4): 43-46。

发明内容