[发明专利]一种SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料的制备方法。本发明将碳纤维进行热解炭沉积‑碳化硅沉积处理，再用酚醛树脂进行包覆，之后再与基体金属球磨得到均匀混合的粉末，最后通过压制‑烧结工艺获得复合材料。本发明首先利用热解炭沉积‑碳化硅沉积处理方法，显著提高了碳纤维的耐磨性能，再结合酚醛树脂包覆和球磨工艺，成功解决了碳纤维易缠绕和在材料中分散不均匀，以及碳纤维结构难以保留等问题，并且利用碳化硅对碳纤维的包覆，解决了CVD包覆碳纤维的本征脆性，以及其与多数金属润湿性差，导致的界面烧结不致密等问题，实现了烧结致密的同时，大幅提升产品的室温和高温力学性能，特别大幅提升了产品的耐磨性能。

技术领域

本发明涉及一种金属基复合材料，具体涉及一种SiC包覆碳纤维增强金属基 复合材料的制备方法。

背景技术

碳纤维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、高韧、耐磨等特性等，被广泛应作导热材料、导电材料、摩 擦材料等领域的候选材料。

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，主要集中于碳纤维/金属界面润湿性的改进，如碳纤维表面镀覆金属、 金属中加入其他合金元素降低与碳的界面润湿性来提高材料的界面结合强度，， 以及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；使用毫米级长度短碳纤维替代长碳纤维来降低纤维混料时的缠绕，提高碳 纤维分散性的同时，提高材料的各向同性，使其更适宜工程应用。

中国发明专利CN104388847B公开了一种碳纤维增强的铜基复合材料的制 备方法，包括如下的步骤：步骤一、称取配料进行球磨混合，混合时间为3小时； 得到混合料；所述碳纤维表面包覆有镍层；所述石墨粉粒径为50μm，并且所述 的石墨粉经过化学镀技术处理表面镀有铜层；步骤二、将所述步骤一制备的混合 料在700MPa的压力下压制；得到毛坯；步骤三、将所述步骤二制备的毛坯进行 二期烧结，得到烧结后的合金块；步骤四、将所述步骤三处理后的合金块进行热 处理；得到本发明所述的碳纤维增强的铜基复合材料。本发明制备的铜基复合材 料不仅具有优良的自润滑性能，而且耐磨性能和力学性能优异。但是该发明将碳 纤维和镍粉、铁粉和铜粉等球磨混合，会对碳纤维造成严重的损伤，同时采用压制和高温烧结的方式制备材料会导致碳纤维分布不均，以及碳纤维和铜会产生明 显的界面不相容现象，进一步影响材料性能。

中国发明专利CN108441791A公开了一种碳纤维增强的金属陶瓷复合材料， 由碳纤维预制体，界面层，陶瓷基体和金属基体组成，金属为铝合金，镁合金， 铜合金，锡合金中的一种，陶瓷为SiC，该复合材料密度为1.8～3.8g/cm³，该 专利还公开了制备不同合金陶瓷复合材料的方法。这种复合材料具有制备周期 短，密度可调的优点，克服了陶瓷的脆性和低密度，可满足多领域对陶瓷基复合 材料的需求。但是该发明采用在碳纤维预制体中先制备陶瓷基体再制备金属基体， 虽然保护碳纤维免受金属熔液的损伤，但先驱体浸渍裂解法在制备好界面层的碳 纤维预制体中制备陶瓷基体，势必会导致碳纤维收到损伤，且生成的陶瓷界面层 脆性大，对性能影响不利。

发明人研究发现，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， 即碳纤维与金属粉末的界面仍为碳/金属界面，界面间的不润湿直接导致材料的 致密度较低，烧结的不致密现象。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。而且在 恶劣环境下，碳纤维的耐磨性能还需要进一步提高。