一种纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料及其制备方法技术

本申请提供一种纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料及其制备方法，属于陶瓷

【技术实现步骤摘要】
一种纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料及其制备方法


[0001]本申请涉及陶瓷
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金属复合材料制造领域，具体而言，涉及一种纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]陶瓷颗粒增强金属基复合材料不仅具有高强度、高韧性、良好的高温蠕变性能以及抗疲劳强度等优异的力学性能，而且还具有高导热、低膨胀、高耐磨以及中子吸收等功能，在航空、航天、汽车、机械、电子以及核工业等领域具有广阔的应用前景，同时也是当前我国新材料基础研究的重点；并且，众所周知，陶瓷颗粒的尺寸越小，其分散度越高，相应地，制备得到的陶瓷颗粒增强金属基复合材料的性能就越好。
[0003]但是，传统的陶瓷颗粒增强金属基复合材料中的陶瓷颗粒通常是外加的，这些陶瓷颗粒的尺寸与形貌取决于最初陶瓷粉末的状态，尺度通常为几微米到几十微米；再加上陶瓷颗粒尺寸越小，比表面积越大，越容易团聚，而且陶瓷颗粒与金属基体的润湿性差，颗粒表面易污染，导致难以制备得到陶瓷颗粒分散均匀、界面结合好的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。
[0004]基于此，一般的原位自生法虽然能够制备得到具有良好界面分散的陶瓷颗粒增强金属基复合材料，但在制备过程中由于过度反应往往会发生颗粒长大的行为，故一般的原位自生法也难以制备得到纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。
[0005]因此，急需开发一种新的制备方法，用于制备得到纳米陶瓷颗粒在基体中分布均匀且综合力学性能优异的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料及其制备方法，能够制备得到一种纳米陶瓷颗粒在基体中分布均匀且综合力学性能优异的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。
[0007]本申请的实施例是这样实现的：
[0008]第一方面，本申请实施例提供一种纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0009]将金属材料加热融化，得到液态金属；将液态陶瓷先驱体和/或固态陶瓷先驱体加热汽化，得到气态陶瓷先驱体；
[0010]通过载气将气态陶瓷先驱体通入液态金属内并进行搅拌混合，以使气态陶瓷先驱体在液态金属中分解并生成纳米陶瓷颗粒；
[0011]对含有纳米陶瓷颗粒的液态金属依次进行排气、精炼和浇铸，得到纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。
[0012]上述技术方案能够制备得到一种具有纳米陶瓷颗粒分布均匀、热力学稳定性以及力学性能均较为优异的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。相较于常规的外加法以及原位
自生法(两种方法均难以制备得到纳米陶瓷颗粒)，本申请提供的制备工艺中采用气态陶瓷先驱体与液态金属进行混合搅拌，气态陶瓷先驱体在液态金属中裂解原位生成的陶瓷颗粒不仅具有更小的尺寸，同时还能在金属基体中分布更为均匀，并且与金属基体的界面结合更为牢固，从而制备得到纳米陶瓷颗粒分布均匀、热力学稳定性以及力学性能均较为优异的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。
[0013]在一些可选的实施方案中，纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法满足以下条件A～C中的至少一者：
[0014]A，液态陶瓷先驱体包括液态聚碳硅烷和液态聚碳锆烷中的一种或多种；
[0015]B，固态陶瓷先驱体包括三(二甲胺基)铝二聚体和氯甲基二甲基氯硅烷中的一种或多种；
[0016]C，金属材料包括Al、Cu和Ni中的一种或多种。
[0017]本申请实施例提供的制备工艺适用于上述多种液态陶瓷先驱体体系、固态陶瓷先驱体体系以及金属材料体系，能够提供更多的可实施方案，从而便于对本申请实施例提供的制备工艺进行推广和应用。
[0018]在一些可选的实施方案中，陶瓷先驱体的质量为金属材料的质量的10～30％。
[0019]上述技术方案中，将陶瓷先驱体与金属材料的质量比限定在特定范围，能够使得复合材料中具有适宜含量的陶瓷颗粒，以便通过陶瓷颗粒较好地提升金属基体的综合性能。
[0020]在一些可选的实施方案中，载气与气态陶瓷先驱体的体积比不低于3：1。
[0021]上述技术方案中，将载气与气态陶瓷先驱体的体积比限定在特定范围，能够使得二者具有适宜的体积比，从而便于将气态陶瓷先驱体输送到液态金属内。
[0022]在一些可选的实施方案中，载气的流量为1～20L/min。
[0023]上述技术方案中，将载气的流量限定在上述范围，能够在兼顾气态陶瓷先驱体输送效率的情况下兼顾输送过程的稳定性。
[0024]在一些可选的实施方案中，在通过载气将气态陶瓷先驱体通入液态金属内并进行搅拌混合的步骤中，搅拌转速为10～40r/min，搅拌时间为30～90min。
[0025]上述技术方案中，将搅拌的转速和时间分别限定在特定范围，能够使得搅拌混合过程在适宜的条件下进行，从而保证气态陶瓷先驱体与液态金属的混合均匀度。
[0026]第二方面，本申请实施例提供一种纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料，纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料包括金属基体和分散在金属基体内的纳米陶瓷颗粒，纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料的致密度大于98％。
[0027]上述技术方案中，纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料的致密度大于98％，相较于常规的粉末冶金和注射成型等方法制备得到的陶瓷颗粒增强金属基复合材料，具有孔隙率较低的优势。
[0028]在一些可选的实施方案中，纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料为AlN增强铝基复合材料；
[0029]可选地，AlN增强铝基复合材料满足以下条件D～F中的至少一者：
[0030]D，AlN增强铝基复合材料的拉伸强度大于430MPa；
[0031]E，AlN增强铝基复合材料的延伸率大于25％；
[0032]F，AlN增强铝基复合材料内的陶瓷颗粒的粒径为20～50nm。
[0033]上述技术方案中，AlN增强铝基复合材料具有较为优异的综合性能，且相较于常规方法制备得到的AlN增强铝基复合材料，具有尺寸更小的陶瓷颗粒以及更为优异的力学性能。
[0034]在一些可选的实施方案中，纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料为SiC增强铜基复合材料；
[0035]可选地，SiC增强铜基复合材料满足以下条件G～J中的至少一者：
[0036]G，SiC增强铜基复合材料的拉伸强度大于730MPa；
[0037]H，SiC增强铜基复合材料的屈服强度大于540MPa；
[0038]I，SiC增强铜基复合材料的延伸率大于32％；
[0039]J，SiC增强铜基复合材料内的陶瓷颗粒的粒径为30～60nm。
[0040]上述技术方案中，SiC增强铜基复合材料具有较为优异的综合性能，且相较于常规方法制备得到的SiC增强铜基复合材料，具有尺寸更小的陶瓷颗粒以及更为优异的力学性能。
[0041]在一些可选的实施方案中，纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料为ZrC增强镍基复合材料；
[0042]可选地，ZrC增强镍本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米陶瓷颗粒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：将金属材料加热融化，得到液态金属；将液态陶瓷先驱体和/或固态陶瓷先驱体加热汽化，得到气态陶瓷先驱体；通过载气将所述气态陶瓷先驱体通入所述液态金属内并进行搅拌混合，以使所述气态陶瓷先驱体在所述液态金属中分解并生成纳米陶瓷颗粒；对含有所述纳米陶瓷颗粒的所述液态金属依次进行排气、精炼和浇铸，得到纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。2.根据权利要求1所述的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件A～C中的至少一者：A，所述液态陶瓷先驱体包括液态聚碳硅烷和液态聚碳锆烷中的一种或多种；B，所述固态陶瓷先驱体包括三(二甲胺基)铝二聚体和氯甲基二甲基氯硅烷中的一种或多种；C，所述金属材料包括Al、Cu和Ni中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，陶瓷先驱体的质量为所述金属材料的质量的10～30％。4.根据权利要求1～3中任一项所述的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，所述载气与所述气态陶瓷先驱体的体积比不低于3：1。5.根据权利要求1～3中任一项所述的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，所述载气的流量为1～20L/min。6.根据权利要求1～3中任一项所述的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，在所述通过载气将所述气态陶瓷先驱体通入所述液态金属内并进行搅拌混合的步骤中，搅拌转速为10～40r/min，搅拌时间为30～90min。7.一种纳米陶瓷颗粒增强金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩延峰，胡光敏，张佼，孙宝德，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：