CN109536768B - 一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料及制备方法，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。其制备方法，包括以木粉与短碳纤维的混合物发泡后炭化制备三维网络碳；三维网络碳表面高温渗硅制备三维网络碳化硅增强相后铸渗至金属基体中，得到三维网络碳化硅增强金属基复合材料。本发明制备的复合材料中，三维网络状碳化硅陶瓷孔隙率大、孔径小，三维网络状碳化硅在三维空间上连续并与金属基形成冶金结合。与传统的碳化硅颗粒增强金属基体，本发明具有更好的整体结构，既可以在三维方向上发挥碳化硅陶瓷的高硬度、高耐磨、高耐热性，又保持金属基体的良好韧性和导热导电性能。本发明制备的复合材料在各类恶劣工况下均表现出优良的抗震、抗冲击、耐磨性能。

Description

一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域；具体涉及一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料及制备方法。
背景技术
金属材料的应用与研究在现今的工业发展中起着重要的作用，是现代工业技术与发展所使用的主流材料，广泛应用于结构性金属制品制造、金属工具制造、集装箱及金属包装容器制造、不锈钢及类似日用金属制品制造，船舶及海洋工程制造等。然而，随着科学技术的迅猛发展和工业技术的进步，传统的金属材料越来越不能满足现代科技应用的需要。单一的金属材料由于其性能的缺陷，经常会在严苛的服役过程中发生失效现象，造成难以估计的巨大损失。
复合材料是人们采用先进技术将两种或两种以上单一材料通过复合工艺制备出的新型材料，其中各个单一材料发挥其最大的性能，使得复合材料的综合性能优于各个组成单元，从而满足更严格的使用要求。
陶瓷增强金属基复合材料是以一种或多种陶瓷相作为增强相，以金属或合金作为基体的新型复合材料。其中陶瓷相可以提高材料的耐磨性、耐热性、耐蚀性以及强度和硬度，而金属相则可以改善材料的韧性，导热性和导电性。这种复合材料被广泛应用于耐磨材料领域和酸碱性环境、防护装甲、电子封装材料等诸多领域。在其中，碳化硅陶瓷具有良好的高温力学性能，耐磨性能好，显微硬度高达3340HV，是一种良好的陶瓷增强相。
目前绝大多数碳化硅增强金属基复合材料都是将碳化硅陶瓷以粉末的形式加入基体之中进行增强。如不能控制粉末的粒径以及在基体中分散的均匀性，很容易造成局部的应力集中从而磨损加剧。专利“ 201810608144.3一种铝基碳化硅颗粒增强复合材料及制备方法”与本发明采用的三维网络状碳化硅增强金属基复合材料明显不同的是，其采用碳化硅颗粒作为增强相，在高速重载条件下，铝基体容易软化，碳化硅颗粒极易剥落。而专利“201410162002.0一种用于轨道车辆的Al/Sic和Cu/Sic复合材料摩擦副及其制备方法”介绍了多种三维网络状SiC制备工艺增强铝基、铜基复合材料的方法。与本发明不同的是，其选择并制备的三维网络状碳化硅气孔率在50%左右，SiC陶瓷作为一种脆性材料在基体中占据50%的体积比大大增加了复合材料的脆性，在高震动，高冲击的服役环境下，该复合材料极易发生断裂失效。专利“201310324451.6 一种大孔径三维网络SiC陶瓷材料的制备方法”介绍了一种直接发泡法制备大孔径三维网络SiC陶瓷的方法，与本发明专利采用的直接发泡法所不同的是，其孔径多在一毫米以上，所制备的三维网络状SiC陶瓷无法进行小型构件的制备，同时在微动磨损发生时，SiC之间较大的间距减弱了SiC的承载作用，大大的弱化了三维网络状结构对基体的增强作用。
发明内容
为解决现有技术的不足之处，本发明针对现有的工艺缺陷提供了一种三维网络碳化硅陶瓷增强金属基复合材料及制备方法，该方法在控制成本简化工艺的同时，解决了具有大孔隙率与均匀孔径的三维网络状碳化硅陶瓷的制备问题，解决了碳化硅陶瓷与金属在高温下的界面反应问题。制备了具有良好摩擦性能，力学性能的陶瓷增强金属基复合材料。
本发明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。
本发明一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料，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。
本发明一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料，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。
本发明一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料，所述三维网络碳采用发泡法制备，具体工艺为：
第一步：粘结剂、发泡剂的制备
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，考虑到发泡过程中浆料的体积膨胀率，为得到发泡均匀充分的多孔预制体，严格按照体积膨胀率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，制得孔隙率在70-80%的三维网络状碳。
本发明一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料，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；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，不直接接触；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；
本发明一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料，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，以除去三维网络状碳化硅中的残余硅与部分杂质；所述酸选自氢氟酸与50%稀硝酸按质量比1:8~9配置的混合液。
本发明一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料，三维网络碳化硅陶瓷增强相表面设置的改性层，采用下述方案制备：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；
电镀时间为5-10min，电镀溶液温度控制为60℃。
本发明一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料，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%。
本发明一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料，所述金属基体选自高铬铸铁、铝、镁、铜中的一种。
本发明一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料制备方法，包括下述步骤：
第一步：制备三维网络碳
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；
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，考虑到发泡过程中浆料的体积膨胀率，为得到发泡均匀充分的多孔预制体，严格按照体积膨胀率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为匀泡剂；
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，制得孔隙率在70-80%的三维网络状碳；
第二步：制备三维网络碳化硅增强相
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；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，不直接接触；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；
第三步：三维网络碳化硅增强金属基复合材料
将三维网络状碳化硅放置于陶瓷坩埚底，为加快所铸渗金属在高温下的液化速率与程度，样品用体积大于三维网络状碳化硅孔隙体积的金属切块铸渗，根据金属液的密度选择将金属切块覆盖在样品上方或底部（金属切块体积优选1-8cm³），在真空加压铸造炉中，以10-15℃/min的升温速率加热至铸渗温度750-1600℃，铸渗30-60分钟，全程抽真空处理并通氩气保护，炉内压力控制为200-1000Pa，将三维网络状碳化硅铸渗在金属基体中。
本发明一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料的制备方法，三维网络碳化硅陶瓷增强相表面电镀改性层后再铸渗金属基体。
本发明一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料的制备方法，所述改性层选自金属镍、铜、银中的一种。
本发明一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料的制备方法，所述金属基体选自高铬铸铁、铝、镁、铜中的一种。
本发明通过控制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，同时用作发泡剂与粘结剂，所制备的多孔预制体的孔隙均匀程度高。克服了采用直接发泡法制备三维网络状碳化硅时，由于加入的粘结剂，发泡剂密度不同，极易产生分层，导致孔隙上下不均匀的缺陷。
本发明中所述的惰性保护气氛为氩气气氛或氮气气氛，所述的微正压为略微超过真空压力表0刻度。
有益效果：
本发明采用三维网络状碳基体表面渗硅，形成三维网络状碳化硅陶瓷，然后与金属基材料复合，形成三维网络状碳化硅陶瓷增强金属基复合材料，复合材料中的碳化硅陶瓷增强相具有三维网络状的交叉结构，在三维空间上连续并与金属基形成冶金结合。复合材料因金属相的韧性而增韧，因陶瓷相的刚性承载作用而得到增强。与传统的碳化硅颗粒增强金属基体，本发明具有更好的整体结构，复合材料既可以在三维方向上发挥碳化硅陶瓷的高硬度、高耐磨、高耐热性，又可以充分发挥金属基体的良好韧性和导热导电性能。同时本发明所制备的三维网络状碳化硅陶瓷孔隙率大、孔径小，金属基体与三维网络状碳化硅交互均匀分布，复合材料在各类恶劣工况下仍能表现出均匀优良的抗震、抗冲击、耐磨性能。
本发明严格控制木粉发泡工艺，可以制得具有均匀的，高孔隙率的三维网络状结构预制体，该三维网络状预制体具有制备成本低，形状大小便于控制等优点。
本发明通过在木粉中加入短碳纤维，保证了碳化后，多孔预制体的强度。
本发明通过在发泡过程中加入合适的表面活性剂吐温80，解决了在传统直接发泡工艺中存在的，气泡体积差别大，分布不均匀等问题。
本发明通过研究硅在高温下的气化技术，严格控制硅化工艺，最大程度的缩短硅的平面蒸发时间，使硅沸腾蒸发，解决了在渗硅过程中，渗硅不均匀，硅液堵塞气孔等问题。制备了具有高孔隙率，均匀孔径，薄孔壁的三维网络状碳化硅。
本发明在三维网络状碳化硅进行金属液铸渗前，对其进行化学电镀工艺，在其外侧与孔壁内侧覆盖一层电镀层。成功地解决了在高温下碳化硅与金属液的润湿性，同时改善了高温下碳化硅与金属之间的冶金结合情况。
本发明严格控制金属液铸渗的铸渗温度与时间，解决了在金属液铸渗时，孔隙填充不完全，铸渗不充分等问题。保证了制得复合材料具有较高致密度。
本发明制得的碳化硅陶瓷增强金属基复合材料，在实际的使用过程中，具有优良的力学性能与耐磨性能。相比于传统耐磨材料，失效情况明显减少，服役时间有显著增长。
附图说明
附图1为本发明实施例1制备的三维网络状碳的扫描电镜图；
附图2为本发明实施例1制备的三维网络状碳化硅扫描电镜图；
附图3为实施例1制备的三维网络状碳化硅增强高铬铸铁扫描电镜图；
附图4为实施例1制备的三维网络状碳化硅增强高铬铸铁金相图；
附图5为对比例1的高铬铸铁在摩擦实验下摩擦系数随时间的关系图；
附图6为本发明实施例1制备的三维网络状碳化硅增强高铬铸铁复合材料在摩擦实验下摩擦系数随时间的关系图。
从附图1可以看出：三维网络状碳的交叉结构在三维空间上连续，各个孔洞连接处光滑无裂痕，表现出良好的微观结构。
从附图2可以看出：硅沸腾蒸发后与三维网络状碳在高温下形成了均匀的三维网络状碳化硅，三维网络状碳化硅保留了原有三维网络状碳的三维空间交叉结构，孔径完整无塌陷，表现出良好的微观结构。
从附图3、4可以看出：所铸渗高铬铸铁已完全填充进入原有三维网络状碳化硅的孔隙结构中，呈现出交叉结构。
从附图5、6可以看出：三维网络状碳化硅增强高铬铸铁复合材料在摩擦过程中摩擦系数远低于原高铬铸铁材料，摩擦更稳定，耐磨性能有明显的提升。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步说明。
实施例1：
制备三维网络碳化硅增强高铬铸铁复合材料，高铬铸铁组分为C：2.7-2.9、Si＜0.8、Mn：0.8-1、P＜0.15、S＜0.06、Cr：26.5-27.5、Fe余量；
（1）将上海国药集团生产的酚醛树脂粉末按照1:1的质量比例溶解于阿拉丁试剂有限公司生产的异丙醇溶液中，制备得到含50%酚醛树脂的异丙醇溶液，得发泡剂与粘结剂；。
取过100目筛的木粉与5mm短碳纤维（脱胶）按质量比5:0.2进行球磨混合，直至短碳纤维均匀分布于木粉中得到混合物；将第一步得到的发泡剂与粘结剂、混合物、表面活性剂按照质量比：1:1:0.2混合均匀并搅拌至无分层现象，得到混合液。取出φ20mm，高40mm的模具，将混合液置于发泡模具中，考虑到发泡过程中浆料的体积膨胀率，为得到发泡均匀充分的多孔预制体，严格按照体积膨胀率控制混合液占模具容积的1/4处，于140℃恒温干燥箱中，溶液中的异丙醇气化发泡，发泡固化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。
将三维网络状预制体在惰性气体保护下，以10℃/min的升温速率加热至900℃保温2小时进行炭化，全程控制炉内压力为微正压，制得孔隙率在70%的三维网络状碳。见附图1。
（2）在石墨罐底层按照三维网络状碳与硅粉质量比1:2平铺上一层硅粉，将三维网络状碳水平放置于石墨网格托盘上，与硅粉隔离，不直接接触。在氩气气氛下，保持微正压以15℃/min升温速率升至1600℃开始抽真空。同时继续以15℃/min升温速率升至1800℃，保温120分钟，炉内气压200Pa。得到孔隙率在80%的三维网络状碳化硅。见附图2。
（3）将经过表面处理后的三维网络状碳化硅放入陶瓷坩埚中，坩埚内侧涂抹氮化硼以便脱模，在三维网络状碳化硅上方放置1cm³高铬铸铁切块20块，随坩埚放入真空加压铸造炉中。以15℃/min升温速率升至1420℃，通氩气保护后，全程抽真空处理，保温铸渗60分钟，炉内气压200Pa。
在济南益华摩擦学测试技术有限公司的MMD-1型摩擦磨损试验机上进行了法向载荷为20N，时长为10分钟，转速200r/min，对偶盘为45号钢的销盘摩擦实验。摩擦系数基本在0.4左右平稳波动。本实施例1制备的三维网络状碳化硅增强高铬铸铁复合材料在摩擦实验前后，质量和高度损失情况见表1，复合材料的磨损率相比较于原高铬铸铁材料有了明显的降低。见附图5、6。
对比例1
采用组分为C：2.7-2.9、Si＜0.8、Mn：0.8-1、P＜0.15、S＜0.06、Cr：26.5-27.5、Fe余量的高铬铸铁；进行摩擦试验，试验结果见表1。
表1
Figure 150448DEST_PATH_IMAGE002
从表1可以看出：本发明实施例1制备的三维网络状碳化硅增强高铬铸铁复合材料在摩擦前后的质量与高度损失远低于对比例1的高铬铸铁材料，复合材料的耐磨性能有较大的提升。
实施例2：
制备三维网络碳化硅增强ZL104铝合金复合材料，ZL104铝合金组分为Si：8.0-10.5、Mn：0.2-0.5、Mg：0.17-0.35、Al余量；
（1）将上海国药集团生产的酚醛树脂粉末按照0.5:1的质量比例溶解于阿拉丁试剂有限公司生产的异丙醇溶液中，制备得到含33.3%酚醛树脂的异丙醇溶液，得发泡剂与粘结剂。
取过100目筛的木粉与2mm短碳纤维（脱胶）按质量比5:0.1进行球磨混合，直至短碳纤维均匀分布于木粉中得到混合物；将第一步得到的发泡剂与粘结剂、混合物、表面活性剂按照质量比：1:0.5:0.2混合均匀并搅拌至无分层现象，得到混合液。取出φ20mm，高20mm的模具，将混合液置于发泡模具中，考虑到发泡过程中浆料的体积膨胀率，为得到发泡均匀充分的多孔预制体，严格按照体积膨胀率控制混合液占模具容积的1/4处，于120℃恒温干燥箱中，溶液中的异丙醇气化发泡，发泡固化24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。
将三维网络状预制体在惰性气体保护下，以5℃/min的升温速率加热至800℃保温1小时进行炭化，全程控制炉内压力为微正压，制得孔隙率在70%的三维网络状碳。
（2）在石墨罐底层按照三维网络状碳与硅粉摩尔质量比1:1平铺上一层硅粉，将三维网络状碳水平直接放置于硅粉上方。在氩气气氛下，保持微正压以10℃/min升温速率升至1600℃保温60分钟。得到孔隙率在80%的三维网络状碳化硅。
（3）将经过表面处理后的三维网络状碳化硅放入陶瓷坩埚中，坩埚内侧涂抹氮化硼以便脱模，在三维网络状碳化硅底部放置1cm³铝合金切块10块，随坩埚放入真空加压铸造炉中。以10℃/min升温速率升至750℃，通氩气保护后，全程抽真空处理，保温铸渗30分钟，炉内气压1000Pa。
实施例2制备的三维网络状碳化硅增强铝基复合材料经拉伸压缩实验，冲击韧性实验检测得的弹性模量，屈服强度，拉伸强度见表2；
表1、表2可见：实施例1、2制备的复合材料在具备良好耐磨性能的同时，同时具备优异的韧性。
对比例2
采用组分为Si：8.0-10.5、Mn：0.2-0.5、Mg：0.17-0.35、Al余量的ZL104铝合金进行屈服与拉伸试验，试验结果见表2。
表2
Figure DEST_PATH_IMAGE004
从表2可以看出：实施例2制备的三维网络状碳化硅增强铝基复合材料与对比例2的铝合金材料，弹性模量、屈服强度、拉伸强度相比有了明显的提升。

Claims (7)

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。
6.一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料的制备方法，包括下述步骤：
第一步：制备三维网络碳
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50%酚醛树脂的异丙醇溶液，得发泡剂与粘结剂；
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；
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；
第二步：制备三维网络碳化硅增强相
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；
第三步：三维网络碳化硅增强金属基复合材料
将三维网络状碳化硅放置于陶瓷坩埚底，样品用体积大于三维网络状碳化硅孔隙体积的金属切块铸渗，根据金属液的密度选择将金属切块覆盖在样品上方或底部，在真空加压铸造炉中，以10-15℃/min的升温速率加热至铸渗温度750-1600℃，铸渗30-60分钟，全程抽真空处理并通氩气保护，炉内压力控制为200-1000Pa，将三维网络状碳化硅铸渗在金属基体中。
7.根据权利要求6所述的一种三维网络碳化硅增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于：三维网络碳化硅陶瓷增强相表面电镀改性层后再铸渗金属基体；所述改性层选自金属镍、铜、银中的一种；所述金属基体选自高铬铸铁、铝、镁、铜中的一种。
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