[发明专利]利用熔渗工艺制备三维连续网络碳化铬铜复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维连续网络复合材料的制备方法，特别是三维连续网络碳化铬-铜陶瓷金属的制备方法。

背景技术

三维连续网络结构复合材料是近十几年来国内外材料研究工作者越来越重视的新研究领域。这种复合材料的各组分相具有各自的三维空间连续网络结构,每一种组成相的特性能够被保留,从而为获得具有多功能,综合性能优异的复合材料提供了可能。利用多孔陶瓷和金属合成三维连续网络结构陶瓷/金属复合材料(Interpenetrating Network Metal-Ceramic Composites),其中的陶瓷相可以提高材料的耐磨性、耐热性、耐蚀性和强度,并可以降低热膨胀系数和密度,而金属相可以改进材料的韧性和导电性等。

这种新型陶瓷/金属复合材料的研究目前在国内外均尚处起步阶段,目前研究的制备方法主要为以下两类:1.原位反应法,通过原位化学反应直接合成微结构连接的复合材料。在这类方法中,复合材料组成相的一部分或全部在浸渍过程中由液态金属与增强相发生原位反应或自身分解生成,其特点是反应生成相与复合材料其它相的相容性好,界面结合稳定。2.多孔陶瓷预制体浸渗法,制造孔隙连通的预制体,然后进行浸渗并凝固成型。

目前制备三维连续网络结构陶瓷/金属复合材料的常用方法是多孔陶瓷预制体浸渗法。美国Lanxide公司最先开展无压浸渗工艺的研究,其无压浸渗工艺称为PR MEX工艺。该工艺的特点是浸渍过程不需要外加压力,在预制件孔隙毛细管力的作用下,熔融金属自发地浸入预制件中。Gonzalez通过控制气氛中的氧分压成功地实现了Cu对Al2O3预制件的无压浸渗。Dachn.G.S[Dachn G S,BreslinM C.Co-continuous composite materials for friction and braking applications.Journal of the Minerals Metals and Materials Society,2006,58(11):87～92.]等研究表明:通过二氧化硅先驱体陶瓷在液相铝中的反应生成氧化铝复合材料的原位反应浸渗法可制备陶瓷和金属两相交织连通的复合材料。通过控制先驱体的成分和微观结构,以及反应池中的组分,可以获得可控的材料结构和性能。济南大学耿浩然等[耿浩然,王守仁,崔峰.网状结构Si₃N₄陶瓷增强金属基复合材料的研究.功能材料信息,2005,2(4):71～76.]利用泡沫塑料先驱体挂浆成型法制备了Si₃N₄网络陶瓷预制体,再利用压力+负压的共同作用成功制备出Si₃N₄/A1合金复合材料。中国科学院金属研究所邢宏伟等[邢宏伟,曹小明,胡宛平,等.三维网络SiC/Cu金属基复合材料的凝固显微组织.材料研究学报,2004,18(6):597～605.]在1200℃、50MPa的条件下,通过挤压浸渗制得三维连续网络结构SiC/Cu合金和SiC/Al合金复合材料。三维网络SiC的体积分数分别为10％、20％、30％。骨架网孔的平均孔径为1.0mm。尽管如此，目前新型三维连续网络结构Cr₃C₂-Cu复合材料还极少有人研究，其制备工艺也未得到开发和探索。Cr₃C₂-Cu复合材料具有良好的导电性，耐蚀性和较优异的综合力学性能。本文主要发明了利用熔渗工艺常压渗透制备新型三维连续网络结构Cr₃C₂-Cu金属陶瓷的新工艺和方法。

发明内容

本发明的目的是利用具有不同孔隙率和平均孔隙尺寸的开孔碳化铬陶瓷为前驱体，提供了一种新的制备三维连续网络结构Cr₃C₂-Cu金属陶瓷的方法。

本发明的技术方案为：利用熔渗工艺制备三维连续网络结构Cr₃C₂-C金属陶瓷的新方法，首先需制备具有不同孔隙率和平均孔隙尺寸的开孔碳化铬陶瓷前驱体，该工艺参考专利《一种利用反应烧结工艺制备多孔碳化铬的方法》，将开孔碳化铬陶瓷前驱体浸入化学电镀铜溶液中进行电镀表面改性。再将铜块或铜粉置于表面改性过的陶瓷前驱体上，放入真空管式炉进行熔渗处理，即可得到三维连续网络结构Cr₃C₂-Cu金属陶瓷。熔渗过程必须在充满还原或惰性保护气氛的环境中进行。具体步骤如下：

步骤1.陶瓷前驱体表面改性：