[发明专利]一种陶瓷金属基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种陶瓷金属基复合材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷材料具有高硬度份、高熔点份、高弹性模量份、低密度份、低热膨胀系数份、抗腐蚀和抗氧化等特点，人们形容它是“轻如铝份、坚如钢”的材料，但陶瓷材料韧性低份、塑性变形能力差份、不宜加工成形一直是致命的弱点，使其应用受到一定限制，与之相反，金属材料具有高强度份、良好的延展性和加工性能，但其耐高温份、耐腐蚀份、耐磨损等性能逊于陶瓷材料。金属陶瓷复合材料以其高度的耐热份、耐磨份、抗腐蚀性和特殊的电性能等优异性能广泛应用于各个领域中，它的性能主要取决于相界面的结合强度份、晶粒尺寸大小和陶瓷晶粒间的金属层厚度，陶瓷晶粒间金属层越薄，两者结合的越紧密则陶瓷/金属复合材料的强度越高，但对于金属陶瓷基来说，要使其具有理想的性能，需要考虑的主要问题是如何把两个以上的相结合起来，获得理想的结构，而相界面的润湿性份、化学反应以及组份的溶解对相界面的结合都有着重要的影响，因此，熔融金属与陶瓷相的润湿性要良好，这是决定金属陶瓷性能优劣的主要条件之一。由于陶瓷和金属的晶体类型及物理化学特性的差异，两者的相容性很差，因此，如何改善金属对陶瓷的润湿性，从而改善材料烧结以及机械性能成为当前金属陶瓷材料制备中的一个重要问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种陶瓷金属基复合材料及其制备方法，包括以下按重量份数计的原料：陶瓷粉30份、铝粉20份、铜粉10～15份、铁粉5～8份、滑石粉20～25份、云母粉15～20份、氧化镁5～8份、聚乙烯醇30份、二氧化硅12份、催化剂3份、甘油10～15份、稳定剂5～8份及偶联剂4～8份，其制备方法为：

a）将各组份的陶瓷粉、铝粉、铜粉、铁粉、滑石粉、云母粉、氧化镁、二氧化硅用偶联剂进行表面改性处理，时间为20～30min；

b）再将步骤a）的填料置于混合搅拌机中搅拌均匀，在60℃～80℃的温度下加入聚乙烯醇、催化剂以及甘油继续搅拌30min～40min；

c）将步骤b）置于模具中压制成型，压力为550MPa～600MPa,时间为1h；

d）将胚料放入烧结炉中预热3min，在升温至220℃～400℃下烧结4～6h，最后空冷成型。

进一步地，所述在混合搅拌中加入1%～3%的二氧化钛、1%～3%的碳化硅、5%的铬金属或5%的锆金属。

进一步地，所述稳定剂包括硬脂酸锌、硬脂酸钙和硬脂酸铅。

进一步地，所述偶联剂选自硅烷偶联剂KH550、KH560或KH570。

本发明有益效果是：有效地提升了填料与胶黏剂的表面的粘合力，使金属与陶瓷的优点得到有效的结合，在具有较佳力学性能的同时，又具有良好的润湿性。

具体实施方式

下面将结合实施例，来详细说明本发明。

一种陶瓷金属基复合材料及其制备方法，包括以下按重量份数计的原料：陶瓷粉30份、铝粉20份、铜粉15份、铁粉8份、滑石粉25份、云母粉20份、氧化镁8份、聚乙烯醇30份、二氧化硅12份、催化剂3份、甘油15份、硬脂酸锌8份及KH560硅烷偶联剂8份，其制备方法为：

a）将各组份的陶瓷粉、铝粉、铜粉、铁粉、滑石粉、云母粉、氧化镁、二氧化硅用偶联剂进行表面改性处理，时间为20～30min；

b）再将步骤a）的填料置于混合搅拌机中搅拌均匀，在60℃～80℃的温度下加入聚乙烯醇、催化剂以及甘油继续搅拌30min～40min；

c）将步骤b）置于模具中压制成型，压力为550MPa～600MPa,时间为1h；

d）将胚料放入烧结炉中预热3min，在升温至220℃～400℃下烧结4～6h，最后空冷成型。

在混合搅拌中加入1%～3%的二氧化钛、1%～3%的碳化硅、5%的铬金属或5%的锆金属都可显著地提高各相的润湿性。

改善两相的润湿性，采取如下的几种方法：

第一，加入少量的氧化物，具有很高的化学活性，可以显著地促进两相的润湿；

第二，提高陶瓷组份的细度，分散度及增加表面缺陷来改善两相间的润湿性；

第三，使用图层技术，陶瓷表面的金属图层或经表面处理后可以提高表面能，用新形成的金属/陶瓷界面代替原来结合性不好的界面，从而提高了润湿性。

以上描述了本发明的举例，展示了主要特征和本发明的优点。应该了解，本发明不受上述实施例的限制，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。