[发明专利]一种碳颗粒增强金属基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种碳颗粒增强金属基复合材料的制备方法，属于金属材料制备技术领域。通过将脱胶短碳纤维和酚醛树脂粉末高能获得碳颗粒和酚醛树脂均匀嵌入的金属粉末，再将其进行超声和干燥处理，得到表面碳去除的内部嵌入碳和酚醛树脂粉末的金属粉，之后再将其与酚醛树脂粉末，以及其他组分混合后压制烧结得到碳颗粒增强金属基复合材料。本发明成功地解决了碳颗粒嵌入的金属粉末在烧结过程中的界面烧结不致密问题，实现了金属粉末在烧结致密的前提下，所设计和制备的金属复合材料的力学性能和耐磨性能大幅提高，制备工艺简单，成本低。

技术领域

本发明涉及一种金属基复合材料，具体涉及一种碳颗粒增强金属基复合材料的制备方法。

背景技术

碳颗粒(碳纤维、石墨等)增强金属基复合材料兼具金属的高导电导热、良好强韧性、耐腐蚀性能和碳纤维的高强韧性、石墨的润滑特性等，被广泛应用于导热材料、导电材料、摩擦材料等领域。

近年来，研究人员为提高复合材料的力学性能和高温抗氧化性能，做了大量的研究，主要集中于碳/金属界面润湿性的改进、通过碳的加入，如碳表面镀覆金属、金属中加入其他合金元素降低与碳的界面润湿性，使用人造颗粒、碳纤维来改善材料的抗氧化性能，通过酚醛树脂包覆处理，促进金属氧化物膜层的还原，从而促进金属的烧结扩散。

公开号为CN108018506A公开了一种短碳纤维改性高摩复合材料，其特征在于：所述短碳纤维改性高摩复合材料其所用原料包括下述组分：树脂包覆-固化处理短碳纤维1～3wt.％；纳米氧化物弥散强化铜粉大于等于15wt％；所述纳米氧化物弥散强化铜粉中，纳米氧化物通过原位生成。采用树脂包覆-固化处理短碳纤维与金属铜粉球磨制备预合金粉，再与其他组元粉末混合，通过压制烧结，制备一种短碳纤维改性高摩复合材料。但该方法可能存在的问题，即少量碳纤维裸露于铜颗粒外部，将阻碍铜颗粒间的烧结扩散，导致烧结可能存在的不致密现象。

发明人研究发现，脱胶碳纤维或酚醛树脂包覆碳纤维与软性金属球磨，可获得碳颗粒或短碳纤维均匀嵌入的金属粉末。中国发明专利CN108018506A公开了一种短碳纤维改性高摩复合材料，所述短碳纤维改性高摩复合材料其所用原料包括下述组分：树脂包覆-固化处理短碳纤维1～3wt％；纳米氧化物弥散强化铜粉大于等于15wt％；所述纳米氧化物弥散强化铜粉中，纳米氧化物通过原位生成。采用树脂包覆-固化处理短碳纤维与金属铜粉球磨制备预合金粉，再与其他组元粉末混合，通过压制烧结，制备一种短碳纤维改性高摩复合材料。但该方法可能存在的问题，即少量碳纤维裸露于铜颗粒外部，将阻碍铜颗粒间的烧结扩散，导致烧结可能存在的不致密现象。如采用碳表面镀覆过渡性质金属或通过氧化或浸渍-裂解化合形成金属碳化物，都会影响碳颗粒或碳纤维本身的性能。

发明内容

为解决现有碳颗粒增强金属基复合材料存在的致密性差、各项性能不理想的技术不足，本发明提供了一种制备碳颗粒增强金属基复合材料的方法，旨在制得致密性好、强度、韧性等性能优异的碳颗粒增强金属基复合材料(本发明也简称为复合材料)。

采用碳材料可以增强金属基复合材料的性能，但碳材料和金属相往往存在界面阻碍，难于充分发挥碳材料增强效果，预先将碳材料和部分基体金属复合，得到嵌碳金属粉末，随后再和基体金属烧结，可以提升得到的碳颗粒增强金属的性能，但改善程度有限。本发明人通过深入研究，首次发现其主要原因为嵌碳金属粉末表面不可避免地裸露碳材料阻碍了烧结过程的烧结扩散，导致烧结不致密。基于本发明首创性地发现的该技术问题，本发明创新地提出一种通过球磨过程中加入微细酚醛树脂粉末，获得碳颗粒和亚微米级酚醛树脂粉末均匀嵌入的金属复合粉末，利用超声处理结合低温加热-激冷工艺脱除嵌碳金属复合粉末表面的碳材料，最后在混料过程中补充加入微米级酚醛树脂粉末，利用酚醛树脂烧结时高温裂解形成的还原性气氛，实现近全致密的烧结，改善烧结得到的复合材料性能的方法。具体如下：