[发明专利]纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料及其制备方法，所述方法将镍或镍合金粉末与纳米颗粒共同球磨，再通过热压烧结或放电等离子烧结等技术得到镍复合材料。本发明所述的复合材料其增强相分布是一种独特的3D网络结构，纳米增强相在微观上聚集于晶界处，宏观空间上成网络状，不追求增强体的均匀分布，但仍能保持优异的强度与塑性。本发明工艺简单，耗能低耗时短，易于通过调整增强相调控材料性能。

技术领域

本发明涉及一种镍基复合材料技术的技术领域，特别的，涉及一种纳米陶瓷颗粒增强镍基复合材料及其制备方法。

背景技术

镍及其合金拥有良好的力学性能，被广泛应用于能源、化工、电子，尤其是航空航天等领域，镍及其合金具有不可替代的作用。随着航空业的进步，对于高性能材料的需求也与日俱增。为满足这一需求，许多以镍为基研发的镍基复合材料不断的问世，这些新材料已经有一些开始代替镍基高温合金在航空业上的位置。

按照增强体的形态，镍基复合材料可以分为连续增强和非连续增强镍基复合材料。非连续增强的镍基复合材料又可以细分为短纤维增强、晶须增强和颗粒增强镍基复合材料。在颗粒增强镍基复合材料中，常用的颗粒增强相有SiC、TiC、Al₂O₃、Y₂O₃、BN等，这些增强相的尺寸从几十纳米到几十微米之间，通常以粉末的形态加入到金属基体中。一般的，颗粒增强镍基复合材料可以将陶瓷颗粒的优点，例如高模量、高硬度、高强度等，与镍的优点，例如良好的塑性与韧性、优异的导热性等，结合起来。因此，与基体金属相比，颗粒增强镍基复合材料一般拥有更高的比强度、比模量，更好的耐磨性能与热稳定性。尤其是从商业的角度看，颗粒增强镍基复合材料拥有一些纤维增强镍基复合材料所不具备的特性，比如各向同性。除此之外，更低的制造成本以及更好的二次加工能力，都使得颗粒增强镍基复合材料吸引了众人的目光。

回顾世界范围内对颗粒增强镍基复合材料的研究活动可发现，如果忽略制备方式和增强相的不同，绝大多数研究者将制备增强相均匀分布的复合材料作为自己的研究目标。均匀弥散的增强相分布状态被认为可以提升材料的塑性与断裂韧性，例如黄政仁等利用TiC作为增强相成功制备出了TiC颗粒均匀分布的镍基复合材料(专利申请号：CN201510390397.4)。张强等人利用Al₂O₃作为增强相成功制备了铝基复合材料(专利申请号CN200710071697.1)。然而，为了追求增强相的均匀分布，增强相均匀分布的复合材料的制备工艺略显复杂，整个制备工艺耗时较长，工艺可控性较低。

一般地，纳米增强镍基复合材料追求增强体的均匀分布，利用Orowan强化机制达到强化材料的效果。与增强相均匀分布的镍基复合材料不同，颗粒增强相非均匀分布的镍基复合材料因不需要追求增强相的均匀分布，因此工艺简单、可控性好，且耗能少、耗时短。

经过对现有技术文献检索发现，大量的文献曾经报道过颗粒增强镍基复合材料的制备技术与方法，但非均匀增强镍基复合材料的研发工作罕有报道。目前为止，尚未发现采用粉末冶金技术制备非均匀增强镍基复合材料的方法。因此，以一种环保、低成本、易控制的工艺实现高性能纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料的制备具有广泛的应用前景和重要的科研价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料及其制备方法，采用镍作为基体材料，纳米陶瓷颗粒作为增强相，制备出具有强度高且延伸率好的纳米陶瓷增强的镍基复合材料。该方法工艺简单，易于实现可控制备，成本低，制备周期短，适合大规模生产，所述纳米陶瓷颗粒3D网状分布的镍基复合材料组织稳定，力学性能优异。

本发明是通过以下技术方案实现的：