CN107217167A - 一种金属基复合材料的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料制备领域，公开了一种金属基复合材料的制备工艺，包括：材料的混合、将混合材料装入包套中、将包套放入模具中、将模具放入热压装置中，按照一定的温度、压力参数进行制备，最终得到性能良好的金属基复合材料。本发明是一种能够简单、快速、经济的进行成分中含有高体积分数难熔组元的复合材料的制备工艺，通过该工艺方法能够实现得到的复合材料能够具有较高的堆积密度和材料一致性，并且得到的复合材料的各组元之间具有较高的界面间结合力。

Description

一种金属基复合材料的制备工艺
(一)技术领域
本发明涉及复合材料制备领域，特别是涉及一种金属基复合材料的制备工艺。
(二)背景技术
在制备金属或者金属陶瓷复合材料时，常需要通过将温度加热到高熔点组元的熔化温度以上，再通过冶炼或者铸造的方法来制备所需要的材料，该方法需要大量的热能以及高昂的设备费用投入，同时还难以防止在材料的制备过程中晶粒的异常长大。在通过搅拌铸造的方法进行进行材料的制备时，由于陶瓷和金属之间的润湿性较差，使得所制备材料的均匀一致性差。在通过粉末冶金的方法来制备材料时，其优势是成分容易调节，控制准确，但由于高熔点组元的不易收缩，导致烧结常常出现大量的孔洞。采用热压时，只能在相对较低的温度下进行，材料的界面结合强度低，不够致密，如果温度较高，达到甚至超过低熔点组元的融化温度，液体则常常被挤出模具，导致材料制备失败。同时，采用粉末冶金法和热压法进行材料的制备，难以对高体积分数难熔相材料(陶瓷)进行制备，其难熔相材料的体积分数最多达到55～60％。液相浸渗是人们后来大量采用的方法，这种方法是通过预先制备出高熔点组元陶瓷的预制件后，对其进行低熔点组元金属的液相浸渗。液相浸渗基本能够制备出满足要求的材料或者复合材料，但其过长的生产周期和高昂的生产成本，使得该方法制备出来的材料价格昂贵，不利于大规模的推广使用。在针对铸造或者冶炼的方法研究中，以液态喷射过程中的高速气流打碎粗大的晶粒，使得沉积的晶粒变小，或者直接喷射低熔点组元液体，加入高熔点组元陶瓷，直接沉积成型得到所需材料的喷射沉积法被提出，以解决在材料制备过程中晶粒异常长大的问题，但该方法的工艺参数较难控制，直接沉积的过程中会在材料内部产生大量的孔洞，该方法制备出来的复合材料必须通过二次挤压或者热等静压进行进一步的致密化，才能得到符合要求的材料，工艺过程复杂。而且在高体积分数陶瓷的金属复合材料的制备过程中，由于难熔组元陶瓷在材料中难以进行高致密堆积，而且其通常具有较高的强度，难以被压缩，即使采用二次挤压或者热等静压工艺也很难对材料进行进一步的致密化处理。综合以上各种工艺方法的优缺点，寻求一种经济可行的实现制备高体积分数难熔组元复合材料的工艺方法已经成为人们所关注的焦点。
(三)发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够简单、快速、经济的进行成分中含有高体积分数难熔组元的复合材料的制备工艺，通过该工艺方法能够实现得到的复合材料具有较高的堆积密度和材料一致性，并且得到的复合材料的各组元之间的界面结合力较高。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种金属基复合材料的制备工艺，包括如下步骤：
(1)取高熔点组元粉末和低熔点金属组元粉末，混合均匀后得到混合粉末，其中高熔点组元粉末占混合粉末的总体积比的60％～80％，备用；
(2)将步骤(1)制得的混合粉末装入一端封闭的包套中，封闭包套的另一端，再将包套装入模具内；
(3)将步骤(2)中装有包套的模具放入热压设备中，加压至10～40MPa，以2～100℃/min的升温速率升温到低熔点金属组元熔点以上0～200℃，保温5～10min；
(4)在步骤(3)中进行保温的过程中，控制模具内的压力在0.5～10Hz的频率下，在0MPA到10～40MPa的压力范围内进行周期性波动变化，直至保温过程结束；
(5)在步骤(3)保温结束后，以2～100℃/min的降温速率降低至室温；
(6)在步骤(5)结束以后，开炉，从模具中取出包套，再从包套中取出样品，获得所需的金属基复合材料。
在本发明的具体实施例中，所述的高熔点组元粉末包括碳化硼陶瓷粉末、碳化硅陶瓷粉末、碳化锆陶瓷粉末、碳化钛陶瓷粉末、氮化钛陶瓷粉末、氮化锆陶瓷粉末、硅粉或钨粉中的一种或者其中两两组分的相互结合。
在本发明的具体实施例中，所述的低熔点金属组元包括铝、铜、镁、铝合金、镁合金或铜合金中的任意一种。
在本发明的优选实施方式中，所述的热压设备包括热压炉或放电等离子烧结炉中的任意一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种金属基复合材料的制备工艺，能够简单、快速、经济的进行成分中含有高体积分数难熔组元的复合材料的制备工艺，通过该工艺方法能够实现得到的复合材料具有较高的堆积密度和材料一致性，并且得到的复合材料的各组元之间的界面结合力较高。
在粉末冶金中，人们常通过振动来实现粉料的高堆积密度。在常规材料制造中，热锻也是经常被用来作为实现致密化的一种常规手段。同时，热锻也具有振动的效果。但仅采用振动热压的方法进行复合材料的制备，由于难以在制备过程中防止高温液体外渗，同样会使得制备复合材料的过程失败。而类似热等静压的包套结构能够防止液体溢出，实现类似热等静压的效果，在难熔组元陶瓷实现高堆积密度情况下，通过低熔点组元的液态化实现浸渗。因此，本工艺方法采用了类似包套的结构进行外包覆，然后进行热锻，再利用压力的变化模拟实现模具的振动，实现模具中高熔点组元粉末的高堆积密度和以及低熔点金属组元的浸渗过程，最终获得致密的复合材料。
在进行复合材料的制备的过程中，在将包套进行密封后，可以对包套在10～40MPa的压力下进行5～10min的预压操作，能够更好的制备得到致密的复合材料。
在制备过程中，可以在包套内垫设一层石墨纸，在保证了热量传导的均匀性的同时，也使得在从包套中取出制备好的复合材料时更加的容易。
包套的结构特性使得在制备过程中，分别处于液态和固态的低熔点金属组元和高熔点组元能够更好的进行接触，在反复的压力变化过程中，高熔点组元在这种不断变化的压力过程中产生一定的振动，并在粉末颗粒相互之间的作用下，造成堆积效应，而被包套所包裹，无法溢出的液态的低熔点金属组元则可以以液态的形式侵入到各高熔点组元颗粒之间的空隙中，达到对高熔点组元浸润的效果，完成整个工艺中最重要的液固态互相浸润的过程，使得最终获得的复合材料具有更好的材料一致性，也在一定程度上影响了制得的复合材料最终的致密程度以及密度特性。
(四)附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明模具与包套的结构示意图。
图中，1、模具，2、塞子，3、包套，4、石墨纸，5、混合粉末。
(五)具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
实施例1：
参见图1，在本实施例中，金属基复合材料的高熔点组元和低熔点金属组元分别采用硅粉和铝粉，其制备方法如下：
1)取制备材料所需的铝粉与硅粉按照25:75的体积比，放入混料机，进行混料，得混合粉末5，备用；
2)将步骤(1)制得的混合粉末5装入薄壁不锈钢包套3中，包套3的一端以不锈钢薄板焊接封闭；包套3内部内衬石墨纸4，然后用比包套3内径略大的塞子2塞住封闭包套3的另一端，装入模具1内；
3)将步骤(2)装入薄壁不锈钢包套3的模具1放入热压炉中，加压至30Mpa进行压制，并以5℃/min的升温速率加热到830℃，保温5min；
4)在步骤(3)中进行保温的过程中，控制模具内的压力在2Hz的频率下，在0MPA到30MPa的压力范围内进行周期性波动变化，直至保温过程结束；
5)在步骤(4)保温结束后，以10℃/min的降温速率降温至室温；
6)降至室温后，取出模具内材料，获得所需的金属基复合材料AlSi75，密度达到2.4g/cm3。
实施例2：
参见图1，在本实施例中，金属基复合材料的高熔点组元和低熔点金属组元分别采用碳化硅和铝，其制备方法如下：
1)取制备材料所需的铝粉与碳化硅粉末按照30:70的体积比，放入混料机，进行混料，得混合粉末5，备用；
2)将步骤(1)制得的混合粉末5装入薄壁不锈钢包套3中，包套3的一端以不锈钢薄板焊接封闭；包套3内部内衬石墨纸4，在10MPa的压力下预压5min，然后用比包套3内径略大的塞子2塞住封闭包套3的另一端，装入模具1内；
3)将步骤(2)装入薄壁不锈钢包套3的模具1放入热压炉中，加压至35Mpa进行压制，并以5℃/min的升温速率加热到700℃，保温5min；
4)在步骤(3)中进行保温的过程中，控制模具内的压力在2Hz的频率下，在0MPA到35MPa的压力范围内进行周期性波动变化，直至保温过程结束；
5)在步骤(4)保温结束后，以10℃/min的降温速率降温至室温；
6)降至室温后，取出模具内材料，获得所需的金属基复合材料AlSiC70，密度达到3.03g/cm3。
实施例3：
参见图1，在本实施例中，金属基复合材料的高熔点组元和低熔点金属组元分别采用钨和铜，其制备方法如下：
1)取制备材料所需的铜粉与钨粉按照35:65的体积比，放入混料机，进行混料，得混合粉末5，备用；
2)将步骤(1)制得的混合粉末5装入薄壁不锈钢包套3中，包套3的一端以不锈钢薄板焊接封闭；包套3内部内衬石墨纸4，在30MPa的压力下预压5min，然后用比包套3内径略大的塞子2塞住封闭包套3的另一端，装入模具1内；
3)将步骤(2)装入薄壁不锈钢包套3的模具1放入热压炉中，加压至35Mpa进行压制，并以5℃/min的升温速率加热到1150℃，保温5min；
4)在步骤(3)中进行保温的过程中，控制模具内的压力在5Hz的频率下，在0MPA到35MPa的压力范围内进行周期性波动变化，直至保温过程结束；
5)在步骤(4)保温结束后，以10℃/min的降温速率降温至室温；
6)降至室温后，取出模具内材料，获得所需的金属基复合材料CuW80，密度达到15.4g/cm3。
实施例4：
参见图1，在本实施例中，金属基复合材料的高熔点组元采用硅和碳化硅，低熔点金属组元采用铝，其制备方法如下：
1)取制备材料所需的铝粉、硅粉和碳化硅粉末按照25:5:70的体积比，放入混料机，进行混料，得混合粉末5，备用；
2)将步骤(1)制得的混合粉末5装入薄壁不锈钢包套3中，包套3的一端以不锈钢薄板焊接封闭；包套3内部内衬石墨纸4，然后用比包套3内径略大的塞子2塞住封闭包套3的另一端，装入模具1内；
3)将步骤(2)装入薄壁不锈钢包套3的模具1放入热压炉中，加压至20Mpa进行压制，并以5℃/min的升温速率加热到750℃，保温5min；
4)在步骤(3)中进行保温的过程中，控制模具内的压力在3Hz的频率下，在0MPA到20MPa的压力范围内进行周期性波动变化，直至保温过程结束；
5)在步骤(4)保温结束后，以10℃/min的降温速率降温至室温；
6)降至室温后，取出模具内材料，获得所需的金属基复合材料AlSi5Cu70，密度达到3.0g/cm3。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种金属基复合材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)取高熔点组元粉末和低熔点金属组元粉末，混合均匀后得到混合粉末，其中高熔点组元占混合粉末的总体积比的60％～80％，备用；
(2)将步骤(1)制得的混合粉末装入一端封闭的包套中，封闭包套的另一端，再将包套装入模具内；
(3)将步骤(2)中装有包套的模具放入热压设备中，加压至10～40MPa，以2～100℃/min的升温速率升温到低熔点金属组元熔点以上0～200℃，保温5～10min；
(4)在步骤(3)中进行保温的过程中，控制模具内的压力在0.5～10Hz的频率下，在0MPA到10～40MPa的压力范围内进行周期性波动变化，直至保温过程结束；
(5)在步骤(3)保温结束后，以2～100℃/min的降温速率降低至室温；
(6)在步骤(5)结束以后，开炉，从模具中取出包套，再从包套中取出样品，获得所需的金属基复合材料。
2.根据权利要求1所述的金属基复合材料的制备工艺，其特征在于，所述的高熔点组元粉末包括碳化硼陶瓷粉末、碳化硅陶瓷粉末、碳化锆陶瓷粉末、碳化钛陶瓷粉末、氮化钛陶瓷粉末、氮化锆陶瓷粉末、硅粉或钨粉中的一种或者其中两两组分的相互结合。
3.根据权利要求1所述的金属基复合材料的制备工艺，其特征在于，所述的低熔点金属组元包括铝、铜、镁、铝合金、镁合金或铜合金中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的金属基复合材料的制备工艺，其特征在于，所述的热压设备包括热压炉或放电等离子烧结炉中的任意一种。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111912227A (zh) * 2020-07-30 2020-11-10 清华大学 一种动态加载耦合交变电流的快速烧结设备及烧结方法
CN112789128A (zh) * 2018-10-02 2021-05-11 诺里马特公司 从预制件开始通过加压烧结制造复杂形状的部件的方法
CN114833341A (zh) * 2022-05-07 2022-08-02 成都惠灵丰金刚石钻头有限公司 金刚石轴承烧结工艺
CN114990370A (zh) * 2022-05-11 2022-09-02 山东商业职业技术学院 一种高生物相容性镁合金复合材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1563460A (zh) * 2004-03-26 2005-01-12 哈尔滨工业大学 一种SiC/Cu复合材料及其制备方法
CN101008054A (zh) * 2007-01-26 2007-08-01 哈尔滨工业大学 一种Al2O3颗粒增强铝基复合材料的无压浸渗制备方法
CN104532045A (zh) * 2014-12-18 2015-04-22 上海交通大学 一种高体积分数颗粒增强铝基复合材料的制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1563460A (zh) * 2004-03-26 2005-01-12 哈尔滨工业大学 一种SiC/Cu复合材料及其制备方法
CN101008054A (zh) * 2007-01-26 2007-08-01 哈尔滨工业大学 一种Al2O3颗粒增强铝基复合材料的无压浸渗制备方法
CN104532045A (zh) * 2014-12-18 2015-04-22 上海交通大学 一种高体积分数颗粒增强铝基复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王邦杰: "《实用模具材料与热处理速查手册》", 31 January 2014, 机械工业出版社 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112789128A (zh) * 2018-10-02 2021-05-11 诺里马特公司 从预制件开始通过加压烧结制造复杂形状的部件的方法
CN112789128B (zh) * 2018-10-02 2023-05-23 诺里马特公司 从预制件开始通过加压烧结制造复杂形状的部件的方法
CN111912227A (zh) * 2020-07-30 2020-11-10 清华大学 一种动态加载耦合交变电流的快速烧结设备及烧结方法
CN114833341A (zh) * 2022-05-07 2022-08-02 成都惠灵丰金刚石钻头有限公司 金刚石轴承烧结工艺
CN114990370A (zh) * 2022-05-11 2022-09-02 山东商业职业技术学院 一种高生物相容性镁合金复合材料及其制备方法

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