[发明专利]一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料及制备方法

权利要求书

1.一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料，所述复合材料包括金属基体、三维网络碳化硅陶瓷增强相；所述三维网络碳化硅陶瓷增强相是采用三维网络碳表面渗硅得到；所述三维网络碳化硅陶瓷增强相中三维网络碳的孔隙率为70-80%，孔径为20-200μm；

所述三维网络碳采用发泡法制备，具体工艺为：

第一步：发泡剂与粘结剂的制备

将酚醛树脂粉末与异丙醇溶液按照质量比0.5~1:1均匀混合，制备得到含33.3~50%酚醛树脂的异丙醇溶液，得发泡剂与粘结剂；

第二步：发泡

取过100目筛的木粉与2-5mm短碳纤维按质量比5:0.1~0.2进行球磨混合，直至短碳纤维均匀分布于木粉中得到第一混合物；将第一步得到的发泡剂与粘结剂、第一混合物、表面活性剂按照质量比：1:0.5~1:0.2混合均匀并搅拌至无分层现象，得到混合液，将混合液置于发泡模具中，控制混合液占模具容积的1/4，于120-140℃恒温干燥箱中，溶液中的异丙醇气化发泡，发泡固化24-48小时后，得到三维网络状预制体；表面活性剂吐温80作为匀泡剂；

第三步：三维网络状碳的制备

将三维网络状预制体在惰性气体保护下，以5-10℃/min的升温速率加热至800-900℃保温1-2小时进行炭化，全程控制炉内压力为微正压，制得三维网络状碳；

三维网络碳化硅陶瓷增强相采用下述方案制备：

取三维网络状碳采用液相渗硅法、Si粉气相渗硅法、SiO气相渗硅法中的一种进行表面渗硅，得到三维网络碳化硅陶瓷增强相；

液相渗硅法：按硅粉与三维网络状碳的摩尔质量比为1~1.5:1取硅粉，均匀平铺在石墨罐的底层；将三维网络状碳放置在硅粉上方并一同置入烧结炉；加热至硅化温度1600-1700℃，硅粉液化，升温速率为10-15℃/min；硅化保温时间为60-120分钟；控制全程炉内微正压，惰性气体保护；

Si粉气相渗硅法：按硅粉与三维网络状碳的摩尔质量比为2~2.5:1取硅粉，均匀平铺在石墨罐的底层，将三维网络状碳置于石墨网格托盘并放置于硅粉上方，与硅粉隔开；加热至硅化温度1600-1800℃；升温速率为10-15℃/min；在1600℃前，控制炉内压力为微正压，惰性气体保护；温度达到1600℃后，抽真空直至炉内压力达到硅的饱和蒸气压，使硅液充分气化；硅化保温时间为60-120分钟；

SiO气相渗硅法：按硅粉与二氧化硅粉末的摩尔质量比为2:1~2取硅粉与二氧化硅粉末混合，得第一混合粉末，按第一混合粉末与三维网络状碳的摩尔质量比为1:2~4取第一混合粉末，均匀平铺在石墨罐的底层，将三维网络状碳置于石墨网格托盘并放置于第一混合粉末上方；加热至硅化温度1500-1800℃，升温速率为5-10℃/min，在1300℃前控制炉内压力为微正压，惰性气体保护；温度达到1300℃后，抽真空处理达到200-1000Pa，硅化保温时间为60-120分钟。

2.根据权利要求1所述的一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料，其特征在于：所述三维网络碳化硅陶瓷增强相表面设有改性层，所述改性层厚度为1-2μm；所述改性层选自金属镍、铜、银中的一种，所述改性层采用电镀的方法制备。

3.根据权利要求1所述的一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料，其特征在于：表面渗硅得到的三维网络碳化硅陶瓷增强相酸洗至无气泡冒出后，表面电镀改性层，将三维网络状碳化硅放入镀液中，抽真空处理达到1000-2000Pa，使镀液完全进入网络状碳化硅各个孔隙中，保持10-20分钟，进行电镀；镀液选自金属镍、铜、银的硫酸盐中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料，其特征在于：以质量百分比计包括下述组分组成：

三维网络碳化硅陶瓷增强相：10-20%；

金属基体：80-90%。

5.根据权利要求1所述的一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料，其特征在于：所述金属基体选自高铬铸铁、铝、镁、铜中的一种。