[发明专利]一种纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料及其制备方法

说明书

本申请提供一种纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料及其制备方法，属于陶瓷‑金属复合材料制造领域。纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法包括以下步骤：将金属材料加热融化，得到液态金属；将液态陶瓷先驱体和/或固态陶瓷先驱体加热汽化，得到气态陶瓷先驱体；通过载气将气态陶瓷先驱体通入液态金属内并进行搅拌混合，以使气态陶瓷先驱体在液态金属中分解并生成纳米陶瓷颗粒；对含有纳米陶瓷颗粒的液态金属依次进行排气、精炼和浇铸，得到纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料，该方法能够制备得到纳米陶瓷颗粒在基体中分布均匀且综合力学性能优异的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。

技术领域

本申请涉及陶瓷-金属复合材料制造领域，具体而言，涉及一种纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷颗粒增强金属基复合材料不仅具有高强度、高韧性、良好的高温蠕变性能以及抗疲劳强度等优异的力学性能，而且还具有高导热、低膨胀、高耐磨以及中子吸收等功能，在航空、航天、汽车、机械、电子以及核工业等领域具有广阔的应用前景，同时也是当前我国新材料基础研究的重点；并且，众所周知，陶瓷颗粒的尺寸越小，其分散度越高，相应地，制备得到的陶瓷颗粒增强金属基复合材料的性能就越好。

但是，传统的陶瓷颗粒增强金属基复合材料中的陶瓷颗粒通常是外加的，这些陶瓷颗粒的尺寸与形貌取决于最初陶瓷粉末的状态，尺度通常为几微米到几十微米；再加上陶瓷颗粒尺寸越小，比表面积越大，越容易团聚，而且陶瓷颗粒与金属基体的润湿性差，颗粒表面易污染，导致难以制备得到陶瓷颗粒分散均匀、界面结合好的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。

基于此，一般的原位自生法虽然能够制备得到具有良好界面分散的陶瓷颗粒增强金属基复合材料，但在制备过程中由于过度反应往往会发生颗粒长大的行为，故一般的原位自生法也难以制备得到纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。

因此，急需开发一种新的制备方法，用于制备得到纳米陶瓷颗粒在基体中分布均匀且综合力学性能优异的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。

发明内容

本申请的目的在于提供一种纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料及其制备方法，能够制备得到一种纳米陶瓷颗粒在基体中分布均匀且综合力学性能优异的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将金属材料加热融化，得到液态金属；将液态陶瓷先驱体和/或固态陶瓷先驱体加热汽化，得到气态陶瓷先驱体；

通过载气将气态陶瓷先驱体通入液态金属内并进行搅拌混合，以使气态陶瓷先驱体在液态金属中分解并生成纳米陶瓷颗粒；

对含有纳米陶瓷颗粒的液态金属依次进行排气、精炼和浇铸，得到纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。

上述技术方案能够制备得到一种具有纳米陶瓷颗粒分布均匀、热力学稳定性以及力学性能均较为优异的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。相较于常规的外加法以及原位自生法(两种方法均难以制备得到纳米陶瓷颗粒)，本申请提供的制备工艺中采用气态陶瓷先驱体与液态金属进行混合搅拌，气态陶瓷先驱体在液态金属中裂解原位生成的陶瓷颗粒不仅具有更小的尺寸，同时还能在金属基体中分布更为均匀，并且与金属基体的界面结合更为牢固，从而制备得到纳米陶瓷颗粒分布均匀、热力学稳定性以及力学性能均较为优异的纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料。

在一些可选的实施方案中，纳米陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备方法满足以下条件A～C中的至少一者：

A，液态陶瓷先驱体包括液态聚碳硅烷和液态聚碳锆烷中的一种或多种；

B，固态陶瓷先驱体包括三(二甲胺基)铝二聚体和氯甲基二甲基氯硅烷中的一种或多种；

C，金属材料包括Al、Cu和Ni中的一种或多种。