[发明专利]原子堆积理论压力烧结制备SiC/石墨强化Cu-基合金复合材料的方法

说明书

本发明涉及原子堆积理论压力烧结制备SiC/石墨强化Cu‑基合金复合材料的方法，在制作工艺上通过选择晶体结构建模，使得粉末冶金法下的成型更加致密。本发明采用面心立方填隙，适用于两种强化相不同粉末烧结成型。通过调控强化相与基体间的尺寸比例，提高了强化材料与基体合金之间的结合力。摩擦时避免了解理开裂与强化相聚集导致的不稳定因素，极大地提高了耐磨材料的使用效率。

技术领域

本发明涉及原子堆积理论压力烧结制备SiC/石墨(G)强化Cu-基合金复合材在结构优化下对耐磨性能上的影响。

背景技术

近年来中国高铁代表了中国科技的发展，成为世界的焦点。然而，高铁的极高的运行速度和稳定性，是评价其综合性能不可缺少的一部分。因此，高铁的制动系统是现在的高铁动车考量其发展水平的一个重要标准。现有高铁动车制动时的表面温度可达500-600℃，其制动盘采用的多是铜基复合材料。目前，对于这类材料的制备方法很多，但由于制造过程还比较繁琐，达不到预期所需要求，且有着过高的成本。粉末冶金法成为了生产大型金属基复合材料的主要成型工艺。然而，粉末冶金成形时，多数材料都会出现各种孔洞缺陷，严重导致了其机械性能的降低。

发明内容

为弥补现有技术不足，本发明通过结构优化，利用原子堆积理论拟解决大多数粉末冶金成型时所产生的缺陷。

为实现上述目的，提供采用原子堆积理论压力烧结制备SiC/石墨强化Cu-基合金复合材料的方法。

包括如下步骤：

S1.根据烧结方法、基体材料及强化相选择建模模型；烧结方法采用粉末冶金法；强化相为单相时，选择简单立方模型，强化相为两相时，选择面心立方模型；

S2.根据模型及公式计算理想状态下的充填体积，得到强化相与基体材料的尺寸比例关系；

S3.根据步骤S2获得的尺寸比例关系，制备粉末冶金法胚体、烧结得到复合产品。

进一步的，所述基体材料为Cu基材料，强化相为两相分别是SiC和石墨，选择面心立方模型。

所述步骤S1，本发明使用粉末冶金法，把每一个粉末颗粒看作一个原子。通过不同的原子堆积状态解析宏观上的粉末成型工艺。首先把常见金属晶体结构进行分析：在常见金属晶体模型上有简单立方，体心立方，面心立方与密排六方四种。体心立方模型在八面体间隙下不对称性导致充填颗粒在不同方向上尺寸变化，因此不能做粉末冶金法下建模参考。本发明选择强化颗粒为SiC和G两种，在堆积下需使用空隙填隙，因此排除简单立方模型；然而密排六方模型过于复杂，不做建模参考；本发明以高铁制动盘Cu-基复合材料为例，因此选用面心立方模型。

进一步的，所述步骤S2具体为：

面心立方晶格的八面体间隙半径＝0.414r；(1)

面心立方晶格的四面体间隙半径＝0.225r；(2)

理想状态下，微观面心立方晶格模型中四面体与八面体间隙里的充填体积分别为：

上述公式中，r表示基材颗粒的半径，把每一个粉末颗粒看作一个球体进行计算，单位是μm微米；

面心立方晶胞下，基材颗粒体积充填率为74％，根据式(3)和(4)计算可知位于四面体间隙与八面体间隙的两种强化相的体积充填量，进而获得两种强化相的充填体积比，根据强化相与基材的比例为1/10和两种强化相的充填体积比，对面心立方晶胞剩余空间进行分配，获得强化相和基材的体积充填量。