[发明专利]一种金属基氮化铝复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及陶瓷领域，公开了一种金属基氮化铝复合材料，该复合材料包括氮化铝陶瓷骨架以及填充于至少部分氮化铝陶瓷骨架孔隙内的金属，所述氮化铝陶瓷骨架含有氮化铝和CuAlO₂，所述氮化铝陶瓷骨架的孔隙率为20‑40％。还涉及制备金属基氮化铝复合材料的方法，以及该方法制得的金属基氮化铝复合材料。本发明制得的氮化铝陶瓷骨架中形成了CuAlO₂物质。由于CuAlO₂与金属铜、铝的润湿性较好，从而减少了后续氮化铝陶瓷骨架与金属复合时界面层的构建，有利于其后续与金属进行复合来制备金属基氮化铝复合材料。另外，CuAlO₂可能在氮化铝颗粒表面形成了膜层，从而能够进一步提高氮化铝陶瓷骨架与金属的结合力。

技术领域

本发明涉及陶瓷领域，具体地，涉及一种金属基氮化铝复合材料及其制备方法。

背景技术

现有技术大部分是在氮化铝粉体中添加易挥发分解的造孔剂(如树脂、淀粉等)，通过造孔剂在烧结过程中挥发使其所占的位置形成孔隙，从而制备多孔的氮化铝陶瓷骨架。

例如专利申请CN1654432A公开了一种低成本高性能氮化硅/碳化硅多孔陶瓷的制备方法。该方法包括配料、成型、烧结常规陶瓷材料制备工艺：以酚醛树脂作为造孔剂和碳源，利用烧结过程中的碳热还原反应，原位生成纳米SiC相。但是，该技术存在以下缺点：①所添加造孔剂挥发不完全可能残余在氮化铝表面，影响其性能以及对后续的表面改性造成不便；②造孔剂分解挥发多在原位形成闭孔，孔之间较难相互连通，不利于后面与金属的复合。

另外，专利申请CN102815957A公开了一种有色金属合金增韧氮化铝陶瓷基复合材料及制备方法。其氮化铝坯件由氮化铝、氧化钇、氧化铝、炭黑组成，氮气气氛下获得孔隙率小于43％的氮化铝坯件，加热压铸机，将铜合金加热至熔融状态倒入放置氮化铝坯件的空腔内，压头将熔融铜合金压入氮化铝坯件中，最后待铸块冷却后与模具分离，对产品进行热处理后得到铜增韧氮化铝陶瓷基复合材料。对于上述熔融铜浸渗氮化铝坯件，该技术没有进行相关的界面层构建。浸渗时其结合界面为氮化铝与熔融铜直接接触，即使在制备坯件的过程中加入了过量的氧化铝，氧化铝表面也会覆盖有氮化铝，并不能形成氧化铝与熔融铜接触的结合界面，因为氮化铝和铜的润湿性不理想，采用这种方法制备的金属氮化铝复合材料存在骨架与金属复合性差的问题，严重影响复合材料的性能。

因此，现在急需一种能够提高新型的氮化铝陶瓷骨架与金属复合性较优的复合材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中氮化铝陶瓷骨架与金属复合性较差的缺陷，提供一种金属基氮化铝复合材料及其制备方法。

因此，为了实现上述目的，本发明了提供一种金属基氮化铝复合材料，该复合材料包括氮化铝陶瓷骨架以及填充于至少部分氮化铝陶瓷骨架孔隙内的金属，所述氮化铝陶瓷骨架含有氮化铝和CuAlO₂，所述氮化铝陶瓷骨架的孔隙率为20-40％。

本发明的发明人在研究中发现，通过烧结过程中氮化铝与氧化铜或氧化亚铜的反应产生气体，从而使得氮化铝基体中原位形成多孔，并且，氮化铝颗粒之间也存在一些孔隙，采用机械压力下的压制成型使得氮化铝颗粒间更易形成通孔。通过烧结过程中氮化铝与氧化铜或氧化亚铜的反应，可以生成CuAlO₂，制得氮化铝陶瓷骨架与金属的结合力较优异的复合材料。究其原因可能是由于CuAlO₂与金属铜、铝等金属的润湿性较好。另外，CuAlO₂可能在氮化铝颗粒表面形成了膜层，该膜层在后续氮化铝陶瓷骨架与熔融金属的复合过程中可能起到界面层的作用，从而能够进一步提高氮化铝陶瓷骨架与金属的结合力。本发明的氮化铝陶瓷骨架不必或者只需再轻微构建界面层即可保证氮化铝陶瓷骨架与金属的结合力，进而制得复合性较优异的金属基氮化铝复合材料。

具体地，氮化铝与氧化铜或氧化亚铜反应的化学式如下：