[发明专利]具有微观定向结构的碳化硅增强金属基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种具有微观定向结构的碳化硅增强金属基复合材料，其特征在于，所述的复合材料由碳化硅和金属组成，以体积百分数计，碳化硅含量为5％～90％，其余为金属，金属是金属镁、镁合金或铝合金；所述的复合材料微观上具有定向结构，表现为碳化硅在金属基体中定向排列。

2.根据权利要求1所述的具有微观定向结构的碳化硅增强金属基复合材料，其特征在于，所述的复合材料中碳化硅和金属以片层形式相间排列，其中碳化硅的片层由碳化硅颗粒、晶须或两者混合构成，片层厚度为0.5～50μm，片层间距为0.1～50μm。

3.根据权利要求1所述的具有微观定向结构的碳化硅增强金属基复合材料，其特征在于，所述的复合材料中的金属为镁或铸造镁合金时，其压缩强度为100～900MPa，压缩应变量大于4％，断裂韧性为所述的复合材料中的金属为铸造铝合金时，其压缩强度为200～1600MPa，压缩应变量大于6％，断裂韧性为

4.根据权利要求1至3之一所述的具有微观定向结构的碳化硅增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将碳化硅粉体和添加剂均匀分散于水中，制备得到含有碳化硅粉体的水基浆料；

2)利用冷冻铸造工艺处理浆料使其中的碳化硅粉体定向排列，对凝固的浆料进行脱模和真空冷冻干燥处理去除其含有的水分，得到具有定向多孔结构的碳化硅坯体；

3)沿垂直于碳化硅坯体片层的方向压缩坯体，去除碳化硅坯体中的有机质，然后烧结碳化硅坯体，得到具有定向多孔结构的碳化硅骨架；

4)利用液态金属熔体浸渗碳化硅骨架，使金属熔体填充骨架间隙，凝固冷却后得到具有微观定向结构的碳化硅增强金属基复合材料。

5.根据权利要求4所述的具有微观定向结构的碳化硅增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述的碳化硅粉体是碳化硅晶须、颗粒或两者的组合；所述的添加剂包括有机粘结剂、分散剂和烧结助剂，该有机粘结剂是羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、蔗糖或瓜尔胶中的一种或一种以上的组合，该分散剂是Darvan CN、聚丙烯酸、聚乙烯亚胺、十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠中的一种或一种以上的组合，该烧结助剂是氧化铝、氧化钇、氧化硅、氧化镁或氧化锆中的一种或一种以上的组合。

6.根据权利要求4或5所述的具有微观定向结构的碳化硅增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的碳化硅粉体和添加剂在水中的分散工艺是搅拌、球磨或两者的组合，其中搅拌速度为10～500rpm，搅拌时间大于0.5h，球磨速度为30～500rpm，球磨时间为4～100h，磨球和浆料的质量比大于0.1。

7.根据权利要求4所述的具有微观定向结构的碳化硅增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的冷冻铸造工艺过程为：将浆料倒入模具中，通过对模具一端进行冷却，使得浆料中的水沿模具自底向上发生定向凝固，沿凝固方向生长的冰晶将浆料中的碳化硅粉体和添加剂逐渐排挤到冰层之间，从而实现碳化硅粉体的定向排列。

8.根据权利要求4所述的具有微观定向结构的碳化硅增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，所述的真空冷冻干燥工艺为：将凝固的浆料进行脱模后置于冷阱温度低于-30℃、真空度低于10Pa的真空环境下，放置时间为12～120h。

9.根据权利要求4所述的具有微观定向结构的碳化硅增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述的复合材料中碳化硅的体积含量通过对坯体沿垂直于片层的方向进行不同程度的压缩进行控制，压缩变形量为0％～90％，压缩变形量越大，最终制备得到的复合材料中碳化硅的体积含量越高。

10.根据权利要求4所述的具有微观定向结构的碳化硅增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述的去除碳化硅坯体中含有的有机质的工艺为：对碳化硅坯体在空气中进行加热保温处理，保温温度为300～600℃，保温时间为1～5h。