[发明专利]一种SiC/Cu复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷金属复合材料技术领域，具体涉及一种SiC/Cu复合材料，同时还涉及一种SiC/Cu复合材料的制备方法。

背景技术

结构-功能一体化的SiC/Cu高性能复合材料是一种具有广阔应用前景的新型材料。但是由于SiC和Cu晶格类型的差异，导致熔融Cu和SiC两相之间存在不润湿、分散均匀性差等一系列问题，并且在复合材料烧结过程中容易发生界面反应，严重影响了SiC/Cu复合材料综合性能的提升。目前，有大量关于陶瓷-金属复合材料的界面改性的文献研究，以改善碳化硅颗粒增强相与金属基体的界面结合和分散均匀性，但陶瓷-金属复合材料的综合性能提高较为有限，不能满足使用的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种SiC/Cu复合材料，解决现有SiC/Cu复合材料的综合性能差，不能满足使用需求的问题。

本发明的第二个目的是提供一种SiC/Cu复合材料的制备方法。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种SiC/Cu复合材料，所述复合材料的连续相为玻璃相，SiC颗粒、Cu颗粒均匀地被包裹在玻璃相中。

所述SiC颗粒的尺寸为5～15μm。所述Cu颗粒的尺寸为10～30μm。

所述复合材料中，SiC、Cu与玻璃相的体积比为1:(0.5～1.5):(0.1～0.6)。

所述玻璃相的成分为SiO₂、B₂O₃和Na₂O；SiO₂、B₂O₃与Na₂O的质量比为0.5:(0.1～0.3):(0.2～0.4)。该成分玻璃相的玻璃化温度与复合材料的烧结温度相匹配，能同步形成流动性较好的玻璃相。

所述玻璃相的密度为2.3～2.5g/cm³。

一种上述的SiC/Cu复合材料的制备方法，包括下列步骤：

1)将SiC粉与Cu粉混合、过筛后，加热使Cu颗粒表面氧化形成一层Cu₂O，得混合粉体A；

2)采用溶胶凝胶法使步骤1)所得混合粉体A的颗粒表面分别包裹一层非晶态SiO₂，得混合粉体B；

3)将步骤2)所得混合粉体B与B₂O₃的前驱体、Na₂O的前驱体混合，得混合粉体C；

4)采用真空热压烧结法对步骤3)所得混合粉体C进行烧结，即得玻璃相为连续相的SiC/Cu复合材料。

步骤1)中所述过筛为过200目筛网。过筛的次数至少为3遍。

步骤1)中所述加热是指加热至温度为150～250℃并保温10～30min。

步骤2)中所述溶胶凝胶法为：将SiO₂前驱体、步骤1)所得混合粉体A分散于乙醇水溶液中，得混合物A；调节混合物A的pH为2，在45℃条件下搅拌，使SiO₂前驱体完全水解形成SiO₂溶胶，再调节溶胶的pH值为9，继续搅拌得复合凝胶体；将复合凝胶体过滤、干燥并过筛后，得混合粉体B。

所述SiO₂前驱体为正硅酸乙酯(TEOS)。所述正硅酸丁酯、乙醇、水的体积比为23:35:3。

上述溶胶凝胶法中，所述过滤为真空抽滤；所述干燥为真空干燥；所述过筛为过120筛网；过筛的次数至少为3次。所述真空干燥的温度为75～85℃，时间为4～8h。优选的，所述真空干燥的温度为80℃，时间为6h。

步骤3)中，所述B₂O₃的前驱体为H₃BO₃；所述Na₂O的前驱体为Na₂CO₃。

步骤3)中所述混合为研磨混合，研磨的时间为至少10min。

步骤4)中所述真空热压烧结法为：将混合粉体C在常温、30～40MPa条件下预压3～10min，卸压后，以20℃/min的升温速度升温至700～850℃并保温1～2小时，后加压20～50MPa并保温保压15～60min，随炉冷却后即得。

所述真空热压烧结法中，升温至700～850℃并保温1～2小时过程中，不对处理样品进行加压，使玻璃相在无压条件下充分流动。