JP7164906B2 - METHOD FOR PREPARATION OF METAL MATERIAL OR METAL COMPOSITE MATERIAL - Google Patents

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Description

本発明は、金属材料又は金属複合材料の調製方法に関し、具体的には、フェノールホルムアルデヒド樹脂粉末を添加することにより金属材料又は金属複合材料を調製する方法に関している。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method of preparing a metallic material or metal composite material, specifically to a method of preparing a metallic material or metal composite material by adding phenol-formaldehyde resin powder.

炭素粒子(炭素繊維、黒鉛など)強化金属基複合材料は、金属の高い電気伝導率と熱伝導率、良好な強靭性、耐食性及び炭素繊維の高い強靭性、黒鉛の潤滑特性などを兼ね備え、熱伝導材料、電気伝導材料、摩擦材料などの分野に広く応用されている。 Carbon particle (carbon fiber, graphite, etc.) reinforced metal matrix composites combine the high electrical and thermal conductivity of metal, good toughness and corrosion resistance with the high toughness and corrosion resistance of carbon fiber, and the lubricating properties of graphite. It is widely applied in fields such as conductive materials, electrical conductive materials, and friction materials.

近年、研究者は、複合材料の力学的特性及び高温耐酸化性能を向上させるために、多くの研究を行っており、主に炭素/金属界面の湿潤性の改善に集中し、炭素の添加により、例えば炭素の表面に金属をめっきしたり、金属に他の合金元素を添加したりすることにより、炭素との界面の湿潤性を低下させ、人工粒子、炭素繊維を用いて材料の耐酸化性能を改善し、フェノールホルムアルデヒド樹脂によるコーティング処理により、金属酸化物膜層の還元を促進し、金属の焼結拡散を促進する。 In recent years, researchers have done a lot of research to improve the mechanical properties and high-temperature oxidation resistance performance of composites, mainly focusing on improving the wettability of the carbon/metal interface, adding carbon to For example, by plating metal on the surface of carbon or adding other alloying elements to metal, the wettability of the interface with carbon is reduced, and artificial particles and carbon fibers are used to improve the oxidation resistance performance of the material. is improved, and the coating treatment with phenol-formaldehyde resin accelerates the reduction of the metal oxide film layer and promotes the sintering diffusion of the metal.

中国発明特許CN104388847Bでは、配合成分を秤量し、ボールミリング混合を行い、混合時間が3時間であり、混合材を得、前記炭素繊維の表面にニッケル層がコーティングされ、前記黒鉛粉の粒子径が50μmであり、前記黒鉛粉の表面に化学めっき技術により銅層がめっきされた工程一と、前記工程一で調製された混合材を700MPaの圧力でプレスし、ブランクを得る工程二と、前記工程二で調製されたブランクを二次焼結し、焼結後の合金ブロックを得る工程三と、前記工程三で処理された後の合金ブロックを熱処理し、本発明に記載された炭素繊維強化銅基複合材料を得る工程四と、を含む炭素繊維強化銅基複合材料の調製方法を開示した。本発明により調製された銅基複合材料は、優れた自己潤滑性能を有するだけでなく、優れた耐摩耗性及び力学的特性を有する。しかしながら、この発明は、炭素繊維をニッケル粉、鉄粉及び銅粉などとボールミリング混合するため、炭素繊維に重大な損傷を与え、また、プレス及び高温焼結により材料を調製するため、炭素繊維の不均一な分布を引き起こし、炭素繊維と銅とは明らかな界面における非相溶化現象が発生し、さらに材料の性能に影響を及ぼす。 According to Chinese invention patent CN104388847B, the ingredients are weighed and mixed by ball milling. The mixing time is 3 hours to obtain a mixed material. Step 1 in which a copper layer is plated on the surface of the graphite powder with a thickness of 50 μm by chemical plating technology, Step 2 in which the mixed material prepared in Step 1 is pressed at a pressure of 700 MPa to obtain a blank, and the above step. Step 3: secondary sintering the blank prepared in step 2 to obtain a sintered alloy block; A method of preparing a carbon fiber reinforced copper matrix composite is disclosed, comprising step 4 of obtaining a matrix composite. The copper-based composite prepared according to the present invention not only has excellent self-lubricating performance, but also has excellent wear resistance and mechanical properties. However, in this invention, the carbon fiber is mixed with nickel powder, iron powder, copper powder, etc. by ball milling, which seriously damages the carbon fiber. causes the non-uniform distribution of the carbon fiber and copper, and the decompatibility phenomenon at the interface between carbon fiber and copper is obvious, further affecting the performance of the material.

中国発明特許CN108441791Aでは、炭素繊維プリフォーム、界面層、セラミックスマトリックス及び金属マトリックスから構成され、金属はアルミニウム合金、マグネシウム合金、銅合金、錫合金のうちの一種であり、セラミックスはSiCであり、この複合材料の密度は1.8~3.8g/cm3である炭素繊維強化金属セラミックス複合材料を開示した。この特許では、異なる合金セラミックス複合材料を調製する方法も開示した。このような複合材料は、調製周期が短く、密度が調整可能であるという利点を有し、セラミックスの脆性と低密度を克服し、多くの分野でセラミックス系複合材料への需要を満たすことができる。しかし、この発明では、炭素繊維プリフォームにおいてまずセラミックスマトリックスを調製し、次に金属マトリックスを調製し、炭素繊維を溶融金属による損傷から保護するが、前駆体浸漬分解法では界面層が予め調製された炭素繊維プリフォームにおいてセラミックスマトリックスを調製し、必然的に炭素繊維に損傷を与え、また、生じるセラミックス界面層の脆性が高く、性能に悪影響を及ぼす。 Chinese invention patent CN108441791A is composed of a carbon fiber preform, an interface layer, a ceramics matrix and a metal matrix, the metal is one of aluminum alloy, magnesium alloy, copper alloy and tin alloy, the ceramic is SiC, and this A carbon fiber reinforced metal-ceramic composite material has been disclosed in which the density of the composite material is 1.8-3.8 g/cm 3 . This patent also disclosed a method of preparing different alloy-ceramic composites. Such composites have the advantages of short preparation cycle and adjustable density, which can overcome the brittleness and low density of ceramics and meet the demand for ceramic-based composites in many fields. . However, in the present invention, the ceramic matrix is first prepared in the carbon fiber preform, and then the metal matrix is prepared to protect the carbon fiber from damage by the molten metal. The ceramic matrix is prepared in a carbon fiber preform, which inevitably damages the carbon fiber, and the resulting ceramic interfacial layer is highly brittle, adversely affecting performance.

発明者は研究したところ、脱ガム炭素繊維又はフェノールホルムアルデヒド樹脂でコーティングされた炭素繊維と軟質金属をボールミリングすることにより、炭素粒子又は炭素短繊維が均一に埋め込まれた金属粉末を得ることができることを見出した。中国発明特許CN108018506Aでは、用いられる原料として、1~3wt%の樹脂コーティング-硬化処理された炭素短繊維、15wt%以上のナノ酸化物分散強化銅粉を含み、前記ナノ酸化物分散強化銅粉では、ナノ酸化物はその場で生じる炭素短繊維変性高摩擦複合材料であって、樹脂コーティング-硬化処理された炭素短繊維と金属銅粉をボールミリングし、予備合金粉を調製し、更に他の成分粉末と混合し、プレス焼結することにより、炭素短繊維変性高摩擦複合材料を調製することを開示した。しかし、この方法では、少量の炭素繊維が銅粒子の外部に露出し、銅粒子間の焼結拡散を妨げ、焼結による非緻密化現象を引き起こすという問題があることがある。例えば、炭素の表面に遷移金属をめっきする場合、又は酸化や浸漬-分解化合により金属炭化物を形成する場合のいずれにも、炭素粒子又は炭素繊維自体の性能に影響を及ぼす。本発明は、超音波処理と低温加熱-急冷プロセスを組み合わせて用い、金属粉末の表面に埋め込まれた炭素を効果的に除去し、フェノールホルムアルデヒド樹脂粉末の高温分解による高還元性雰囲気により、金属粉末粒子間の焼結を促進すると同時に、炭素自体の構造を効果的に保護し、その特性を最大限に発揮している。 According to research conducted by the inventors, it is possible to obtain metal powder in which carbon particles or short carbon fibers are evenly embedded by ball milling degummed carbon fibers or carbon fibers coated with phenol formaldehyde resin and soft metal. I found In Chinese invention patent CN108018506A, the raw materials used include 1-3 wt% of resin-coated short carbon fiber and 15 wt% or more of nano-oxide dispersion-strengthened copper powder. , Nano-oxide is an in-situ carbon short fiber modified high friction composite material, which is prepared by ball milling resin-coated-cured short carbon fiber and metal copper powder to prepare pre-alloy powder, and other We disclosed the preparation of short carbon fiber modified high friction composites by mixing with component powders and press sintering. However, in this method, a small amount of carbon fibers are exposed to the outside of the copper particles, which hinders sintering diffusion between the copper particles and causes a non-densification phenomenon due to sintering. For example, either plating a transition metal onto the surface of carbon, or forming a metal carbide by oxidation or soak-decomposition combination, affects the performance of the carbon particles or carbon fibers themselves. The present invention uses a combination of ultrasonic treatment and low-temperature heating-quenching process to effectively remove the carbon embedded in the surface of the metal powder. At the same time as promoting sintering between particles, it effectively protects the structure of the carbon itself and maximizes its properties.

緻密性が悪く、各性能が好ましくないという既存の炭素/金属複合材料の技術的欠陥を解決するために、本発明は金属材料又は金属複合材料の調製方法を提供し、その目的が、緻密度が99%以上になり、強度、靭性などの性能に優れた金属材料又は金属複合材料を調製し、特に緻密度が99%以上になり、強度、靭性などの性能に優れることを確保可能な炭素/金属複合材料を提供することである。 In order to solve the technical deficiencies of existing carbon/metal composite materials with poor compactness and unfavorable performance, the present invention provides a method for preparing metal materials or metal composite materials, the purpose of which is to improve compactness. is 99% or more, and a metal material or metal composite material with excellent performance such as strength and toughness is prepared, and in particular, the denseness is 99% or more, and carbon that can ensure excellent performance such as strength and toughness / To provide a metal composite material.

本発明の金属材料又は金属複合材料の調製方法において、二つの方案を含む。 The method for preparing the metal material or metal composite material of the present invention includes two schemes.

方案一:金属粉体及びフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末を含む原料を均一に混合し、プレス-焼結を行い、金属材料を得る。 Method 1: The raw materials including metal powder and phenol-formaldehyde resin powder are uniformly mixed and press-sintered to obtain a metal material.

方案二:強化体及びマトリックス金属Aをボールミリングし、表面と内部に強化体が埋め込まれた金属粉末を得、強化体が埋め込まれた金属粉末に超音波処理及び低温加熱-急冷プロセスを行い、その表面の強化粒子を除去し、予備材を得、予備材とフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末を混合した後、プレス-焼結を行い、又は、予備材、フェノールホルムアルデヒド樹脂粉末及び粒子相Bを混合した後、プレス-焼結を行い、炭素/金属複合材料を得る。 Method 2: Ball milling the reinforcement and matrix metal A to obtain metal powder with reinforcement embedded on the surface and inside, subjecting the metal powder with reinforcement embedded to ultrasonic treatment and low temperature heating-quenching process, After removing the reinforcing particles on the surface to obtain a preliminary material, mixing the preliminary material and phenol formaldehyde resin powder, press-sintering, or after mixing the preliminary material, phenol formaldehyde resin powder and particle phase B , press-sinter to obtain a carbon/metal composite.

本発明の金属材料又は金属複合材料の調製方法において、方案一では、前記フェノールホルムアルデヒド樹脂粉末の粒子径が300μm以下であり、前記金属粉体とフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末との質量比が98~99.5:0.5~2である。 In the method for preparing the metal material or metal composite material of the present invention, in method 1, the particle size of the phenol-formaldehyde resin powder is 300 μm or less, and the mass ratio of the metal powder to the phenol-formaldehyde resin powder is 98 to 99.0 μm. 5: 0.5-2.

本発明の金属材料又は金属複合材料の調製方法において、方案二では、前記フェノールホルムアルデヒド樹脂粉末の粒子径が100μm以下であり、好ましくは10~80μmである。 In the method for preparing the metal material or metal composite material of the present invention, in plan 2, the particle size of the phenol-formaldehyde resin powder is 100 μm or less, preferably 10 to 80 μm.

本発明の金属材料又は金属複合材料の調製方法において、前記強化体は炭素材料、炭化物から選択される少なくとも一種である。 In the method for preparing a metal material or metal composite material of the present invention, the reinforcing material is at least one selected from carbon materials and carbides.

炭素材料を用いることにより、金属基複合材料の性能を強化させることができるが、炭素材料と金属相との間に界面障壁が存在することが多く、炭素材料の強化効果を十分に発揮することが困難であり、予め炭素材料とマトリックス金属を複合化し、炭素が埋め込まれた金属粉末を得た後、そのままプレス-焼結し、又は、他の硬質第二相と混合しプレス-焼結することにより、得られた炭素強化金属の性能を向上させることができるが、改善の程度が限られている。本発明者は深く研究したところ、炭素が埋め込まれた金属粉末の表面に、炭素材料が不可避的に露出し、焼結過程における焼結拡散を妨げ、焼結による非緻密化を引き起こすことが要因であることを初めて発見した。本発明が初めて発見したこの技術的問題に対し、本発明は、超音波処理と低温加熱-急冷プロセスを組み合わせて用いることにより、炭素が埋め込まれた金属粉末の表面の炭素材料を除去し、混合時にフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末を添加し、焼結時の高温分解による高還元性雰囲気により、焼結時のほぼ完全緻密化を実現し、焼結により得られた複合材料の性能を改善する方法を革新的に提案する。 The use of a carbon material can enhance the performance of a metal matrix composite material, but often there is an interface barrier between the carbon material and the metal phase, so the reinforcing effect of the carbon material cannot be sufficiently exhibited. Therefore, the carbon material and the matrix metal are compounded in advance, and after obtaining a metal powder in which carbon is embedded, it is pressed and sintered as it is, or mixed with another hard second phase and pressed and sintered. Although this can improve the performance of the resulting carbon-reinforced metal, the extent of the improvement is limited. As a result of in-depth research by the present inventor, the carbon material is inevitably exposed on the surface of the carbon-embedded metal powder, impeding sintering diffusion during the sintering process and causing non-densification due to sintering. I discovered for the first time that In response to this technical problem first discovered by the present invention, the present invention removes the carbon material on the surface of the carbon-embedded metal powder and mixes it by using a combination of ultrasonic treatment and low-temperature heating-quenching process. In some cases, phenol formaldehyde resin powder is added, and high-temperature decomposition during sintering creates a highly reducing atmosphere, which achieves almost complete densification during sintering. to propose.

好ましくは、本発明の金属材料又は金属複合材料の調製方法において、前記炭素材料は0次元、1次元、2次元、3次元炭素材料のうちの少なくとも一種である。更に好ましくは、前記炭素材料は粒状黒鉛、炭素繊維、炭素繊維の破砕後の炭素粒子のうちの一種又は複数種を任意の割合で混合したものである。更により好ましい方案としては、前記炭素材料は脱ガム後の炭素短繊維であり、前記脱ガム後の炭素短繊維の調製方法として、保護雰囲気下で炭素短繊維束を650~800℃まで加熱し、20~90min保温処理し、脱ガム後の炭素短繊維を得る。脱ガム後の炭素短繊維は長さが好ましくは1~5mmであり、直径が好ましくは6~8μmである。 Preferably, in the method for preparing a metallic material or metallic composite material of the present invention, the carbon material is at least one of 0-dimensional, 1-dimensional, 2-dimensional and 3-dimensional carbon materials. More preferably, the carbon material is a mixture of one or more of granular graphite, carbon fibers, and carbon particles after pulverization of carbon fibers in an arbitrary ratio. In a more preferred method, the carbon material is short carbon fibers after degumming, and the method for preparing the short carbon fibers after degumming is to heat the short carbon fiber bundle to 650 to 800° C. under a protective atmosphere. , heat treatment for 20 to 90 minutes to obtain short carbon fibers after degumming. After degumming, the short carbon fibers preferably have a length of 1-5 mm and a diameter of preferably 6-8 μm.

好ましくは、本発明の金属材料又は金属複合材料の調製方法において、前記炭素材料はフェノールホルムアルデヒド樹脂でコーティングされた炭素材料である。更により好ましい方案としては、前記炭素材料はフェノールホルムアルデヒド樹脂でコーティングされた炭素短繊維であり、前記フェノールホルムアルデヒド樹脂でコーティングされた炭素短繊維の調製方法として、配合されたフェノールホルムアルデヒド樹脂を有機溶媒に溶解させ、フェノールホルムアルデヒド樹脂のアルコール飽和溶液を得た後、炭素短繊維を60~80℃のフェノールホルムアルデヒド樹脂のアルコール飽和溶液に1~2h浸漬し、更に80~150℃で1~3h乾燥し、フェノールホルムアルデヒド樹脂でコーティングされた炭素短繊維を得る。この炭素短繊維は好ましくは脱ガム後の炭素短繊維である。脱ガム後の炭素短繊維は長さが好ましくは1~5mmであり、直径が好ましくは6~8μmである。 Preferably, in the method for preparing a metal material or metal composite material of the present invention, the carbon material is a carbon material coated with phenol-formaldehyde resin. In a more preferred method, the carbon material is short carbon fibers coated with phenol formaldehyde resin, and the short carbon fibers coated with phenol formaldehyde resin are prepared by dissolving the mixed phenol formaldehyde resin in an organic solvent. After dissolving and obtaining an alcohol saturated solution of phenol formaldehyde resin, short carbon fibers are immersed in an alcohol saturated solution of phenol formaldehyde resin at 60 to 80° C. for 1 to 2 hours, and further dried at 80 to 150° C. for 1 to 3 hours, Short carbon fibers coated with phenol formaldehyde resin are obtained. The short carbon fibers are preferably short carbon fibers after degumming. After degumming, the short carbon fibers preferably have a length of 1-5 mm and a diameter of preferably 6-8 μm.

好ましくは、本発明の金属材料又は金属複合材料の調製方法において、前記マトリックス金属Aの酸化物はH、COのうちの一種又は複数種の還元性雰囲気で還元されにくく及び/又は還元可能であり、好ましくは、前記マトリックス金属Aは、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、マンガン、銀のうちの少なくとも一種であり、更に好ましくは、銅、アルミニウム、チタン、ニッケルのうちの少なくとも一種である。 Preferably, in the method for preparing a metal material or metal composite material of the present invention, the oxide of the matrix metal A is hardly reduced and/or reducible in a reducing atmosphere of one or more of H 2 and CO. Preferably, the matrix metal A is at least one of aluminum, titanium, zirconium, copper, iron, nickel, chromium, manganese and silver, more preferably copper, aluminum, titanium and nickel. at least one.

好ましくは、本発明の金属材料又は金属複合材料の調製方法において、前記超音波処理の過程において、
1)強化体が埋め込まれた金属粉末(表面と内部に炭素が埋め込まれた金属粉末を含む)をアルコールに添加して混合液を得、5~60min超音波処理し、混合液を真空乾燥し、乾燥粉体Mを得、乾燥粉体Mを400~600メッシュの篩にかけ、一次表面の強化体が除去された金属粉(一次表面の炭素が除去された金属粉を含む)である篩上物Cを得る工程と、
2)工程1で得られた篩上物Cを真空条件下で150~300℃で30~60min熱処理した後、液体窒素に入れて5~10min保温処理し、処理後の篩上物Cをアルコールに添加してスラリーを得、10~30min超音波処理し、スラリーを真空乾燥した後、乾燥粉体Nを得、乾燥粉体Nを400~600メッシュの篩にかけ、内部のみに強化体が埋め込まれた金属粉末である篩上物Dを得る工程と、を含む。
Preferably, in the method for preparing a metallic material or metallic composite material of the present invention, in the process of the ultrasonic treatment,
1) The metal powder embedded with the reinforcement (including the metal powder embedded with carbon on the surface and inside) is added to alcohol to obtain a mixed solution, ultrasonically treated for 5 to 60 minutes, and the mixed solution is vacuum-dried. , to obtain a dry powder M, pass the dry powder M through a sieve of 400 to 600 mesh, and sieve the metal powder from which the reinforcement on the primary surface has been removed (including the metal powder from which the carbon on the primary surface has been removed) obtaining an entity C;
2) After heat-treating the sieved material C obtained in step 1 at 150 to 300° C. for 30 to 60 minutes under vacuum conditions, place it in liquid nitrogen and heat-treat it for 5 to 10 minutes. to obtain a slurry, sonicate for 10-30 min, vacuum dry the slurry to obtain a dry powder N, sift the dry powder N through a 400-600 mesh sieve, and embed the reinforcement only inside and obtaining a sieved material D which is a metal powder that has been filtered.

更に好ましくは、前記工程1)、工程2)における400~600メッシュの篩は、ステンレス鋼製の超音波振動篩、超微粉分離用の超音波回転振動篩、一般的な振動篩から選択される任意の一種である。 More preferably, the 400-600 mesh sieve in steps 1) and 2) is selected from stainless steel ultrasonic vibrating sieves, ultrasonic rotary vibrating sieves for ultrafine powder separation, and general vibrating sieves. Any kind.

更に好ましくは、前記工程1)、工程2)における真空乾燥の温度は60~80℃である。 More preferably, the vacuum drying temperature in the steps 1) and 2) is 60 to 80°C.

好ましくは、前記溶媒は好ましくはエタノールの水溶液である。 Preferably, said solvent is an aqueous solution, preferably ethanol.

好ましくは、超音波の周波数は好ましくは20~50KHzである。 Preferably, the frequency of ultrasound is preferably between 20 and 50 KHz.

好ましくは、本発明の金属材料又は金属複合材料の調製方法において、前記粒子相Bは、鉄、クロム、タングステン、炭化ケイ素、粒状黒鉛、フレーク状黒鉛、鉄-クロム合金、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化チタン、硬質セラミックス、炭化タングステンのうちの一種又は複数種を任意の割合で混合したものである。 Preferably, in the method for preparing a metallic material or metallic composite material of the present invention, the particulate phase B is iron, chromium, tungsten, silicon carbide, granular graphite, flake graphite, iron-chromium alloy, aluminum oxide, silicon carbide, It is a mixture of one or more of titanium carbide, hard ceramics, and tungsten carbide in an arbitrary ratio.

好ましくは、本発明の金属材料又は金属複合材料の調製方法において、予備材とフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末との質量比が20~99.5:0.5~2である。 Preferably, in the method for preparing the metal material or metal composite material of the present invention, the mass ratio of the preliminary material and the phenol-formaldehyde resin powder is 20-99.5:0.5-2.

好ましくは、本発明の金属材料又は金属複合材料の調製方法において、原料に粒子相Bが含まれる場合、予備材、フェノールホルムアルデヒド樹脂粉末及び粒子相Bの質量比が20~99.5:0.5~2:0.5~78である。 Preferably, in the method for preparing a metal material or metal composite material of the present invention, when the raw material contains the particle phase B, the mass ratio of the preliminary material, the phenol formaldehyde resin powder and the particle phase B is 20 to 99.5:0. 5-2: 0.5-78.

好ましくは、本発明の金属材料又は金属複合材料の調製方法において、混合後の混合材をコールドプレス成形した後、圧粉体を得、更に保護雰囲気又は真空や保護雰囲気で加圧する条件下で焼結し、炭素/金属複合材料を得、あるいは、混合粉末を直接ホットプレスし、炭素/金属複合材料を得る。 Preferably, in the method for preparing a metal material or a metal composite material of the present invention, the mixed material is cold-pressed to obtain a green compact, and then fired under pressure in a protective atmosphere or a vacuum or a protective atmosphere. to obtain a carbon/metal composite, or directly hot press the mixed powder to obtain a carbon/metal composite.

コールドプレス成形過程のプレス圧力が200~600MPaであり、保圧時間が20~30sであり、圧粉体焼結過程の温度がマトリックス金属の融点の60%~80%であり、保温時間が0.5~3hであり、圧力が0~1MPaである。 The press pressure in the cold press molding process is 200 to 600 MPa, the holding pressure time is 20 to 30 s, the temperature in the compact sintering process is 60% to 80% of the melting point of the matrix metal, and the heat retention time is 0. .5 to 3 hours, and the pressure is 0 to 1 MPa.

ホットプレス過程の単位圧力が200~600MPaであり、温度がマトリックス金属の融点の60%~80%であり、保温保圧時間が2~90minである。 The unit pressure in the hot pressing process is 200-600 MPa, the temperature is 60%-80% of the melting point of the matrix metal, and the heat and pressure holding time is 2-90 min.

好ましくは、本発明の金属材料又は金属複合材料の調製方法において、得られた炭素/金属複合材料の緻密度が99%以上である。 Preferably, in the method for preparing a metal material or metal composite material of the present invention, the density of the obtained carbon/metal composite material is 99% or more.

本発明の好ましい方案では、革新的に予め炭素材料をボールミリングしてマトリックス金属に埋め込ませ、その後、革新的に超音波処理と低温加熱-急冷プロセスを組み合わせて用い、金属の外部に露出した炭素が埋め込まれた金属粉末の炭素を除去することにより、マトリックス金属における焼結拡散を効果的に改善し、焼結緻密性を顕著に向上させ、最後に混合過程でフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末を添加し、ミクロンとサブミクロンレベルのフェノールホルムアルデヒド樹脂の焼結時の高温分解による還元性雰囲気により、ほぼ完全緻密化焼結を実現する。本発明により提供される調製方法によれば、金属粉末の焼結緻密化を実現したうえで、強度が高く、靭性が高く、耐高温性及び耐摩耗性に優れた金属基複合材料を得、調製プロセスが簡単であり、コストが低い。 In a preferred method of the present invention, the carbon material is innovatively pre-ball milled to be embedded in the matrix metal, and then innovatively combined with ultrasonic treatment and low-temperature heating-quenching process to expose the carbon outside the metal. By removing the carbon in the embedded metal powder, the sintering diffusion in the matrix metal is effectively improved, and the sintering compactness is significantly improved. Finally, the phenol formaldehyde resin powder is added in the mixing process, Almost complete densification sintering is achieved by reducing atmosphere caused by high temperature decomposition during sintering of micron and submicron level phenol formaldehyde resin. According to the preparation method provided by the present invention, a metal matrix composite material having high strength, high toughness, high temperature resistance and excellent wear resistance is obtained after realizing sintering and densification of metal powder, Simple preparation process and low cost.

本発明において、マトリックス金属Aは、合金分野の技術者に知られている炭素強化複合材料を調製するための任意のマトリックス金属材料であってもよい。 In the present invention, matrix metal A may be any matrix metal material for preparing carbon reinforced composites known to those skilled in the alloy arts.

好ましくは、前記マトリックス金属Aの酸化物はH、COのうちの一種又は複数種の還元性雰囲気で還元不能であり又は還元されにくく、このマトリックス金属Aは例えばアルミニウム、チタン、ジルコニウムのうちの少なくとも一種である。 Preferably, said matrix metal A oxide is non-reducible or poorly reducible in a reducing atmosphere of one or more of H 2 , CO, said matrix metal A being for example aluminum, titanium, zirconium. at least one.

及び/又は、前記マトリックス金属Aの酸化物はH、COのうちの一種又は複数種の還元性雰囲気で還元可能であり、このマトリックス金属Aは例えば銅、鉄、ニッケル、クロム、マンガン、銀のうちの一種である。 and/or the oxide of said matrix metal A is reducible in a reducing atmosphere of one or more of H2, CO, said matrix metal A being e.g. copper, iron, nickel, chromium, manganese, silver is one of

好ましくは、前記マトリックス金属Aはアルミニウム、チタン、ジルコニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、マンガン、銀のうちの少なくとも一種である。 Preferably, said matrix metal A is at least one of aluminum, titanium, zirconium, copper, iron, nickel, chromium, manganese and silver.

本方法は、表面予備酸化-還元プロセスにより炭素が埋め込まれた金属粉末の表面の炭素材料が除去されにくい金属材料に特に適している。 The method is particularly suitable for metal materials where carbon material on the surface of the carbon-embedded metal powder is difficult to remove by the surface pre-oxidation-reduction process.

更に好ましくは、前記マトリックス金属Aはアルミニウム、チタン、ジルコニウムのうちの少なくとも一種である。 More preferably, the matrix metal A is at least one of aluminum, titanium and zirconium.

好ましくは、炭素材料とマトリックス金属Aをボールミリングし、予め炭素材料をマトリックス金属に埋め込ませる。このようにして炭素材料が均一に分布した金属粉末を得、調製された複合材料の性能を改善することができ、更に本発明では超音波処理を革新的に組み合わせることで、調製された複合材料の性能を更に顕著に改善することができる。 Preferably, the carbon material and the matrix metal A are ball-milled to embed the carbon material in the matrix metal in advance. In this way, a metal powder with a uniform distribution of the carbon material can be obtained, which can improve the performance of the prepared composite material, and the innovative combination of ultrasonic treatment in the present invention allows the prepared composite material to performance can be further significantly improved.

好ましくは、炭素が埋め込まれた金属粉末の調製過程で、炭素材料とマトリックス金属Aとの体積比が5~95:95~5である。この割合に制御することにより、調製された複合材料の性能を更に向上させることができ、特に力学的特性、耐摩耗性を顕著に向上させることができる。 Preferably, the volume ratio of the carbon material to the matrix metal A is 5-95:95-5 during the preparation of the carbon-embedded metal powder. By controlling this ratio, the performance of the prepared composite material can be further improved, and in particular, the mechanical properties and wear resistance can be significantly improved.

本発明は、革新的に超音波方法を用いて炭素が埋め込まれた金属粉末の表面に残った炭素材料を除去することにより、表面に残った炭素材料を効果的に除去することができ、また、予備酸化-還元処理が困難なマトリックス金属の表面脱炭に特に適している。 The present invention can effectively remove the carbon material remaining on the surface by innovatively using an ultrasonic method to remove the carbon material remaining on the surface of the carbon-embedded metal powder, and , is particularly suitable for surface decarburization of matrix metals for which preliminary oxidation-reduction treatment is difficult.

篩上物D又は篩上物Dと粒子相Bを用い、通常の混合及び通常の焼結プロセスにより、前記炭素強化金属複合材料を調製する。 Using sieved material D or sieved material D and particulate phase B, the carbon-reinforced metal composite material is prepared by conventional mixing and conventional sintering processes.

前記粒子相Bは、鉄、クロム、タングステン、炭化ケイ素、粒状黒鉛、フレーク状黒鉛、鉄-クロム合金、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化チタン、硬質セラミックス、炭化タングステンのうちの一種又は複数種を任意の割合で混合したものである。 The particulate phase B is any one or more of iron, chromium, tungsten, silicon carbide, granular graphite, flaky graphite, iron-chromium alloy, aluminum oxide, silicon carbide, titanium carbide, hard ceramics, and tungsten carbide. are mixed at a ratio of

前記粒子相Bの粒子径は好ましくは10~400μmである。 The particle size of the particle phase B is preferably 10 to 400 μm.

好ましい方案としては、予備材とフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末との質量比が20~99.5:0.5~2である。 As a preferred method, the mass ratio of the preliminary material and the phenol formaldehyde resin powder is 20-99.5:0.5-2.

好ましい方案としては、原料に粒子相Bが含まれる場合、予備材、フェノールホルムアルデヒド樹脂粉末及び粒子相Bの質量比が20~99.5:0.5~2:0.5~78である。 As a preferred method, when the raw material contains the particle phase B, the mass ratio of the preliminary material, the phenol-formaldehyde resin powder and the particle phase B is 20-99.5:0.5-2:0.5-78.

マトリックス金属の特性により、混合後の混合材を既存の方法で焼結し、前記複合材料を調製してもよい。 Depending on the properties of the matrix metal, the mixed material may be sintered by existing methods to prepare the composite material.

好ましくは、混合後の混合材をコールドプレス成形した後、圧粉体を得、更に保護雰囲気又は真空や保護雰囲気で加圧する条件下で焼結し、炭素/金属複合材料を得、あるいは、混合粉末を直接ホットプレスし、炭素/金属複合材料を得る。コールドプレス成形過程の温度は例えば室温であり、好ましくは15~35℃である。 Preferably, after cold-pressing the mixed material after mixing, a green compact is obtained, and then sintered under a protective atmosphere or under pressure in a vacuum or a protective atmosphere to obtain a carbon / metal composite material, or mixed The powder is hot-pressed directly to obtain a carbon/metal composite. The temperature of the cold press molding process is, for example, room temperature, preferably 15-35°C.

コールドプレス成形過程のプレス圧力が200~600MPaであり、保圧時間が20~30sであり、圧粉体焼結過程の温度がマトリックス金属の融点の60%~80%であり、保温時間が0.5~3hであり、圧力が0~1MPaであった。 The press pressure in the cold press molding process is 200 to 600 MPa, the holding pressure time is 20 to 30 s, the temperature in the compact sintering process is 60% to 80% of the melting point of the matrix metal, and the heat retention time is 0. .5 to 3 hours, and the pressure was 0 to 1 MPa.

ホットプレス過程の単位圧力が200~600MPaであり、温度がマトリックス金属の融点の60%~80%であり、保温保圧時間が2~90minである。 The unit pressure in the hot pressing process is 200-600 MPa, the temperature is 60%-80% of the melting point of the matrix metal, and the heat and pressure holding time is 2-90 min.

設計される複合材料が炭素/金属複合材料である場合、より好ましい調製方法は、下記工程を含む。 If the designed composite is a carbon/metal composite, a more preferred method of preparation involves the following steps.

工程一 process one

炭素が埋め込まれた金属粉末の超音波処理 Ultrasonic treatment of carbon-embedded metal powders

前記炭素が埋め込まれた金属粉末(炭素を埋め込んだ金属粉末)の超音波処理プロセスは以下のとおりである。 The sonication process of the carbon-embedded metal powder (carbon-embedded metal powder) is as follows.

表面と内部に炭素が埋め込まれた金属粉末(炭素を埋め込んだ金属粉末)をアルコールに添加して混合液を得、10~30min超音波処理し、混合液を真空乾燥し、乾燥粉体Mを得、乾燥粉体Mを400~600メッシュの篩にかけ、一次表面の炭素が除去された金属粉である篩上物Cを得る。 Metal powder with carbon embedded on the surface and inside (carbon-embedded metal powder) is added to alcohol to obtain a mixed solution, ultrasonically treated for 10 to 30 minutes, and the mixed solution is vacuum-dried to obtain dry powder M. Then, the dried powder M is passed through a 400-600 mesh sieve to obtain a sieved material C, which is a metal powder from which carbon has been removed from the primary surface.

更に、得られた篩上物Cを真空条件下で150~300℃で30~60min熱処理した後、液体窒素に入れて5~10min保温処理し、処理後の篩上物Cをアルコールに添加してスラリーを得、10~30min超音波処理し、スラリーを真空乾燥した後、乾燥粉体Nを得、乾燥粉体Nを400~600メッシュの篩にかけ、内部のみに炭素が埋め込まれた金属粉末である篩上物Dを得る。 Furthermore, after the obtained sieved material C was heat-treated under vacuum conditions at 150 to 300° C. for 30 to 60 minutes, it was placed in liquid nitrogen and heat-retained for 5 to 10 minutes, and the sieved material C after the treatment was added to alcohol. to obtain a slurry, sonicate for 10 to 30 minutes, vacuum dry the slurry, obtain a dry powder N, sieve the dry powder N through a 400 to 600 mesh, and obtain a metal powder in which carbon is embedded only inside A sieved material D is obtained.

工程二 Process 2

設計のとおりに工程一で得られた超音波処理後の炭素が埋め込まれた金属粉末、フェノールホルムアルデヒド樹脂粉末及び粒子相Bの成分粉末を配合し、均一に混合した後、混合粉末を得る。 According to the design, the carbon-embedded metal powder after ultrasonic treatment obtained in step 1, the phenol-formaldehyde resin powder, and the component powder of the particle phase B are blended and uniformly mixed to obtain a mixed powder.

工程三 Process three

工程二で得られた混合粉末をコールドプレス成形して圧粉体を得、更に保護雰囲気、真空、保護雰囲気での加圧のうちのいずれかの条件下で焼結し、炭素/金属複合材料を得、あるいは、混合粉末を直接ホットプレスし、炭素/金属複合材料を得る。 The mixed powder obtained in step 2 is cold-pressed to obtain a green compact, which is then sintered under any of protective atmosphere, vacuum, or pressure in a protective atmosphere to obtain a carbon/metal composite material. Alternatively, the mixed powder is directly hot-pressed to obtain a carbon/metal composite.

設計される複合材料が炭素/金属複合材料である場合、工程二では、混合時、V型混合機により均一になるまで撹拌し、V型混合機の撹拌速度が45~120r/minであり、混合時間が2~8hである。 If the designed composite material is a carbon/metal composite material, in step 2, during mixing, it is stirred by a V-type mixer until uniform, and the stirring speed of the V-type mixer is 45-120 r/min; Mixing time is 2-8 h.

設計される複合材料が炭素/金属複合材料である場合、工程四では、前記コールドプレスのプレス圧力が200~600MPaであり、保圧時間が20~30sである。 If the designed composite material is a carbon/metal composite material, in step 4, the pressing pressure of the cold press is 200-600 MPa, and the holding time is 20-30 s.

設計される複合材料が炭素/金属複合材料である場合、前記焼結温度がマトリックス金属の融点の60%~80%であり、保温時間が0.5~3hであり、圧力が0~1MPaであった。 When the designed composite material is a carbon/metal composite material, the sintering temperature is 60% to 80% of the melting point of the matrix metal, the heat retention time is 0.5 to 3 hours, and the pressure is 0 to 1 MPa. there were.

設計される複合材料が炭素/金属複合材料である場合、前記ホットプレスの圧力が200~600MPaであり、ホットプレス温度がマトリックス金属の融点の60%~80%であり、保温保圧時間が2~90minである。 When the designed composite material is a carbon/metal composite material, the hot pressing pressure is 200-600 MPa, the hot pressing temperature is 60%-80% of the melting point of the matrix metal, and the heat and pressure holding time is 2. ~90 min.

本発明の金属材料又は金属複合材料の調製方法によれば、得られた金属材料又は金属複合材料の緻密度は99%以上であり、最適化後に99.8%に達することができる。 According to the preparation method of the metal material or metal composite material of the present invention, the compactness of the obtained metal material or metal composite material is above 99%, and can reach 99.8% after optimization.

本発明は、金属粉末の代わりに強化体(炭素を含む)強化金属粉末を原料として用い、超音波処理と低温加熱-急冷プロセスを組み合わせて用い、混合時にフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末を添加し、プレス-焼結により高性能の金属材料又は金属複合材料(炭素/金属複合材料を含む)を得ることができることを初めて試みた。 The present invention uses reinforced metal powder (containing carbon) instead of metal powder as raw material, combines ultrasonic treatment and low temperature heating-quenching process, adds phenol formaldehyde resin powder during mixing, press- It was attempted for the first time that high-performance metallic materials or metallic composites (including carbon/metal composites) could be obtained by sintering.

本発明の原理と優位性は以下のとおりである。 The principles and advantages of the present invention are as follows.

原料の選択に関しては、金属粉の代わりに炭素強化金属粉末を用いることにより、マトリックス中の炭素の分散が顕著に向上している。炭素の種類には、人工黒鉛、粒状黒鉛、炭素繊維、炭素繊維の破砕後の炭素粒子などが含まれる。従来の混合過程では、炭素は自然に凝集しやすく、マトリックス中の分布が極めて不均一になり、材料の力学的特性と耐摩耗性が低下している。炭素からボールミリングなどのプロセスにより予め炭素強化金属粉原料を形成して添加できれば、マトリックス中の炭素の分散度が顕著に向上し、全体の性能が顕著に向上している。 Regarding the selection of raw materials, the use of carbon-enhanced metal powders instead of metal powders significantly improves the dispersion of carbon in the matrix. Types of carbon include artificial graphite, granular graphite, carbon fibers, carbon particles after crushing carbon fibers, and the like. In conventional mixing processes, carbon tends to agglomerate naturally, resulting in highly non-uniform distribution in the matrix, reducing the mechanical properties and wear resistance of the material. If a carbon-reinforced metal powder raw material can be formed in advance from carbon by a process such as ball milling and then added, the degree of dispersion of carbon in the matrix is significantly improved, and the overall performance is significantly improved.

表面脱炭プロセスの選択に関しては、粉末の焼結緻密化は、主に粒子間の原子拡散により行われ、金属粒子の表面の酸化膜と不均一相は、焼結の妨げとなる界面になり、粉末粒子間の焼結緻密化を低下させる。金属粉末の代わりに炭素粒子強化金属粉末を用いることにより、マトリックス中の炭素の均一な分散を実現することができるが、金属粉の外部に露出した炭素も、金属粒子間の焼結拡散を妨げる。好気性環境での酸化により表面の炭素を除去することができるが、金属の酸化も引き起こし、例えば、アルミニウム粉から形成された酸化アルミニウムは水素ガスにより還元不能であり、COによっても還元されにくく、このような金属粉の場合に、酸化による表面脱炭及び還元プロセスを用いることができないため、超音波処理と低温加熱-急冷プロセスを組み合わせて用いることを選択し、このように、金属粉の表面の炭素を除去することができ、粉末の後続のプレス焼結に役立つ。 Regarding the selection of the surface decarburization process, the sintering densification of powder is mainly carried out by atomic diffusion between particles, and the oxide film and heterogeneous phase on the surface of metal particles become interfaces that hinder sintering. , reducing the sintering densification between the powder particles. By using carbon particle reinforced metal powder instead of metal powder, uniform dispersion of carbon in the matrix can be achieved, but carbon exposed outside the metal powder also hinders sintering diffusion between metal particles. . Oxidation in an aerobic environment can remove surface carbon, but it also causes metal oxidation, e.g., aluminum oxide formed from aluminum powder is not reducible by hydrogen gas, nor is it reducible by CO, In the case of such metal powders, the surface decarburization and reduction process by oxidation cannot be used, so we chose to use a combination of ultrasonic treatment and low-temperature heating-quenching process, thus reducing the surface of the metal powder. of carbon can be removed, which aids subsequent press sintering of the powder.

混合時におけるフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末の添加に関しては、発明者は、中国発明特許CN108018506Aでは、黒鉛、炭素繊維などの物質を、フェノールホルムアルデヒド樹脂とアルコールを混合した飽和溶液に浸漬することにより、表面の官能基を効果的に除去でき、また、湿潤速度が非常に速く、低温硬化後に形成された樹脂コーティング層により黒鉛表面を修飾し、炭素繊維構造を保護することを提案した。しかし、硬化後のコーティング層の厚さは数百ミクロン、さらには数ミリメートルになり、焼結時に高温で分解してガスが発生するが、分解により残った炭素のサイズが粗い(サブミクロンレベルになる)ため、材料の気孔率が高くなる。このため、本特許では、フェノールホルムアルデヒド樹脂の飽和溶液の代わりにフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末を用い、混合時にミクロン又はサブミクロンレベルのフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末を添加し、混合材に均一に分散させ、プレス後の高温焼結時に、この粉末は材料中で均一に分解してH、COなどの還元性ガスを放出し、金属表面の酸化膜を効果的に還元し、金属の焼結を促進し、また、フェノールホルムアルデヒド樹脂粉末の分解により残った炭素は、多孔質で非常に薄い活性炭であり、Hと反応して還元性CHガスを生成しやすく、この時、添加されたフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末の大部分はガスに分解すると同時に、残りはナノメートルレベルの厚さの炭素膜に分解し、炭素、金属原子の拡散により炭素膜が薄い場合、金属原子が炭素膜を貫通するリベット構造が形成され、金属のほぼ完全緻密化焼結の実現に必要な条件を提供することを提案した。 Regarding the addition of phenol-formaldehyde resin powder during mixing, the inventor in Chinese invention patent CN108018506A describes that the surface functionalization is achieved by immersing materials such as graphite and carbon fiber in a saturated solution of phenol-formaldehyde resin and alcohol. It was proposed to modify the graphite surface and protect the carbon fiber structure with a resin coating layer formed after low-temperature curing, which can effectively remove the groups and has a very high wetting speed. However, the thickness of the coating layer after curing is several hundred microns, even several millimeters, and it decomposes at high temperature during sintering to generate gas, but the size of the carbon left by decomposition is coarse (submicron level). ), which increases the porosity of the material. For this reason, in this patent, phenol formaldehyde resin powder is used instead of a saturated solution of phenol formaldehyde resin, and micron or submicron level phenol formaldehyde resin powder is added during mixing, uniformly dispersed in the mixed material, and after pressing During high - temperature sintering, the powder is uniformly decomposed in the material to release reducing gases such as H2, CO, etc., effectively reducing the oxide film on the metal surface, promoting the sintering of the metal, and , The carbon left by the decomposition of phenol-formaldehyde resin powder is porous and very thin activated carbon, which is easy to react with H2 to produce reducing CH4 gas, at this time, the added phenol - formaldehyde resin powder Most of it decomposes into gas, while the rest decomposes into a nanometer-level thick carbon film. When the carbon film is thin due to the diffusion of carbon and metal atoms, a rivet structure is formed in which the metal atoms penetrate the carbon film. , proposed to provide the necessary conditions for the realization of almost fully densified sintering of metals.

この調製プロセスは簡単であり、コストが低く、超音波処理と低温加熱-急冷プロセスを組み合わせて用い、混合時にフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末を添加するだけで、炭素強化金属粉を原料とする複合材料の調製を実現する。 The preparation process is simple, low cost, and uses a combination of ultrasonication and low temperature heating-quenching processes to prepare composite materials based on carbon-reinforced metal powders by simply adding phenol-formaldehyde resin powder during mixing. Realize

炭素強化金属粉の形態は図2に示される。炭素強化金属粉をそのまま原料とし、いかなる処理もせずに調製された複合材料は図3に示される。炭素強化金属粉に超音波処理と乾燥処理を行うことにより調製された複合材料は図4に示される。図2から分かるように、炭素強化金属粉の表面に大量の炭素が露出し、後続の焼結の進行を妨げる。図3から分かるように、炭素強化金属粉をそのまま原料とし、いかなる処理もせずに混合-プレス-焼結を行った複合材料では、炭素界面の障害により、大量の気孔が存在している。図4から分かるように、超音波処理と低温加熱-急冷プロセスを組み合わせて用いることにより、金属粒子間の焼結緻密化を実現し、緻密度が99%以上になる金属基複合材料を得、得られた複合材料は性能に優れ、均一であり、市場の見通しが良好である。 The morphology of the carbon-enhanced metal powder is shown in FIG. A composite prepared from the carbon-reinforced metal powder as-is without any treatment is shown in FIG. A composite material prepared by subjecting the carbon-reinforced metal powder to sonication and drying is shown in FIG. As can be seen from FIG. 2, a large amount of carbon is exposed on the surface of the carbon-enhanced metal powder, impeding subsequent sintering. As can be seen from FIG. 3, the carbon-reinforced metal powder as raw material is mixed-pressed-sintered without any treatment, and the composite material has a large number of pores due to carbon interface failures. As can be seen from FIG. 4, by using a combination of ultrasonic treatment and low-temperature heating-quenching process, sintering and densification between metal particles is realized, and a metal matrix composite material with a density of 99% or more is obtained. The resulting composite material has good performance, uniformity and good market prospects.

本発明により提供される炭素/金属複合材料の調製フローチャートである。1 is a preparation flow chart of a carbon/metal composite provided by the present invention;

炭素強化銅粉末のSEM形態である。SEM morphology of carbon-enhanced copper powder.

比較例1において炭素強化銅粉をそのまま原料とし、いかなる処理もせずに調製された複合材料である。This is a composite material prepared using the carbon-reinforced copper powder as a raw material in Comparative Example 1 without any treatment.

実施例1において炭素強化銅粉に超音波処理-乾燥を行った後、フェノールホルムアルデヒド樹脂粉末と混合し、最後にプレス-焼結を行うことにより調製された銅基複合材料である。It is a copper-based composite material prepared by subjecting the carbon-reinforced copper powder in Example 1 to ultrasonication-drying, mixing with phenol-formaldehyde resin powder, and finally pressing-sintering.

図1から分かるように、本発明により設計される炭素/金属複合材料の調製フローは、具体的に以下のとおりである。まず、炭素強化金属粉末の表面に超音波処理及び低温加熱-急冷を行って炭素を除去し、その後、フェノールホルムアルデヒド樹脂粉末、硬質粒子相などと一般的に混合し、最後にプレス-焼結処理を行い、炭素/金属複合材料を得る。 As can be seen from FIG. 1, the preparation flow of the carbon/metal composite designed according to the present invention is specifically as follows. First, the surface of the carbon-reinforced metal powder is subjected to ultrasonic treatment and low-temperature heating-quenching to remove carbon, then generally mixed with phenol-formaldehyde resin powder, hard particle phase, etc., and finally press-sintering treatment. to obtain a carbon/metal composite material.

図2と図3から分かるように、炭素強化金属粉の表面に大量の炭素が露出し、これをそのまま原料とし、いかなる処理もしないと、金属粉末粒子間の焼結緻密化を実現することができない。 As can be seen from FIGS. 2 and 3, a large amount of carbon is exposed on the surface of the carbon-reinforced metal powder, and if this is used as a raw material without any treatment, sintering and densification between the metal powder particles can be achieved. Can not.

図4から分かるように、超音波処理と低温加熱-急冷プロセスを組み合わせて用いることにより、金属粒子間の焼結緻密化が実現され、混合時にフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末を添加することにより、低気孔率の金属基複合材料が得られる。 As can be seen from FIG. 4, the combined use of ultrasonic treatment and low-temperature heating-quenching process achieves sintering densification between metal particles, and the addition of phenol-formaldehyde resin powder during mixing results in low porosity. is obtained.

以下に、本発明の図面を参照しながら、本発明の技術方案を明確で、完全に説明するが、説明される実施例は、本発明に記載された技術方案の一部の実施例に過ぎず、全ての実施例ではないことは明らかである。本発明の実施例に基づき、当業者が創造的な労働をせずに得られた他の実施例は、全て本発明の保護範囲に属している。 The following clearly and completely describes the technical solution of the present invention with reference to the drawings of the present invention, but the described embodiments are only some embodiments of the technical solution described in the present invention. not all embodiments. Other embodiments obtained by those skilled in the art based on the embodiments of the present invention without creative efforts shall all fall within the protection scope of the present invention.

比較例1 Comparative example 1

本比較例1では、ボールミリングにより調製された、粒状黒鉛が埋め込まれた銅粉に直接室温でプレス-水素加圧焼結を行った以外、他の条件は実施例1と同じであり、そのプロセスについて、超音波処理及び低温-急冷処理を行わなかった以外、実施例1と同じであった。調製された銅基複合材料は気孔率が14%と高く、且つ金属粒子間に拡散焼結が発生せず、曲げ強度が350MPaであった。 In Comparative Example 1, the conditions were the same as in Example 1, except that the copper powder embedded with granular graphite prepared by ball milling was directly subjected to press-hydrogen pressure sintering at room temperature. The process was the same as in Example 1, except that the sonication and cold-quenching treatments were omitted. The prepared copper-based composite material had a high porosity of 14%, no diffusion sintering between metal particles, and a bending strength of 350 MPa.

比較例2 Comparative example 2

本比較例2では、粒状黒鉛を電解銅粉とともにボールミルに添加して高エネルギーボールミリングを行い、添加される電解銅粉の粒子径が150μmであり、粒状黒鉛の粒子径が30μmであり、電解銅粉と粒状黒鉛との体積比が5:1であり、ボールミリング回転数が280r/minであり、ボールミリング時間が8hであり、ボールミリング用ボールがステンレス鋼ボールであり、ボール径が3mm~10mmであり(ボールミリング用ボールの直径が3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mmである場合の質量比が4:8:11:20:12:8:6:1であった)、粒状黒鉛と電解銅粉の質量和と、ボールミリング用ボールとの質量比が1:6であった。 In this Comparative Example 2, granular graphite was added to a ball mill together with electrolytic copper powder, and high-energy ball milling was performed. The volume ratio of copper powder and granular graphite is 5:1, the ball milling rotation speed is 280 r/min, the ball milling time is 8 hours, the balls for ball milling are stainless steel balls, and the ball diameter is 3 mm. 10 mm (the mass ratio was 4:8:11:20:12:8:6:1 when the ball milling balls had diameters of 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, and 9 mm) ), and the mass ratio of the sum of the masses of the granular graphite and the electrolytic copper powder to the balls for ball milling was 1:6.

ボールミリングが終了後、粒状黒鉛が埋め込まれた銅粉とアルコールを混合し、超音波処理を120min加え(超音波の周波数が35KHzであった)、溶液の温度を室温に維持し、更に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超音波回転振動篩により篩分し、スクリーンの最小のメッシュサイズが400メッシュであり、篩上物、即ち一次表面の炭素が除去された金属粉を残した。更に粉末を150℃で30min真空保温した後、直接液体窒素に入れて10min保温し、その後、アルコールと混合し、超音波処理を20min加え、最後に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超微粉分離用の超音波回転振動篩により篩分処理し、内部のみに粒状黒鉛が埋め込まれた銅粉を得た。 After the ball milling, the copper powder embedded with granular graphite and alcohol were mixed, ultrasonicated for 120 minutes (the ultrasonic frequency was 35 KHz), the temperature of the solution was maintained at room temperature, and the mixture was further ultrasonicated. After the treated solution is vacuum dried at 60° C., it is sieved with an ultrasonic rotary vibrating sieve, and the minimum mesh size of the screen is 400 mesh. left. Further, after the powder is vacuum-retained at 150°C for 30 minutes, it is directly placed in liquid nitrogen and kept warm for 10 minutes, then mixed with alcohol, ultrasonicated for 20 minutes, and finally the solution after ultrasonication is vacuum-dried at 60°C. After that, the powder was sieved by an ultrasonic rotary vibrating sieve for ultrafine powder separation to obtain a copper powder in which granular graphite was embedded only inside.

内部のみに粒状黒鉛が埋め込まれた銅粉を直接室温でコールドプレスし、プレス圧力が450MPaであり、保圧時間が20sであり、調製された銅基複合材料圧粉体を水素雰囲気の保護下で加圧焼結し、960℃で2h焼結し、圧力が0.85MPaであり、炉の昇温レートと降温レートがいずれも10~15℃/minであり、比較例2のサンプルを得た。銅基複合材料の緻密度が98%であり、曲げ強度が450MPaであった。 The copper powder with granular graphite embedded only inside is directly cold-pressed at room temperature, the press pressure is 450 MPa, the pressure holding time is 20 s, and the prepared copper-based composite material compact is protected under a hydrogen atmosphere. and sintered at 960 ° C. for 2 hours, the pressure is 0.85 MPa, and the temperature increase rate and temperature decrease rate of the furnace are both 10 to 15 ° C./min, and a sample of Comparative Example 2 is obtained. rice field. The denseness of the copper-based composite material was 98%, and the bending strength was 450 MPa.

比較例3 Comparative example 3

本比較例3では、粒状黒鉛を電解銅粉とともにボールミルに添加し、高エネルギーボールミリングを行い、添加される電解銅粉の粒子径が150μmであり、粒状黒鉛の粒子径が30μmであり、電解銅粉と粒状黒鉛との体積比が5:1であり、ボールミリング回転数が280r/minであり、ボールミリング時間が8hであり、ボールミリング用ボールがステンレス鋼ボールであり、ボール径が3mm~10mmであり(ボールミリング用ボールの直径が3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mmである場合の質量比が4:8:11:20:12:8:6:1であった)、粒状黒鉛と電解銅粉の質量和と、ボールミリング用ボールとの質量比が1:6であった。 In this Comparative Example 3, granular graphite was added to a ball mill together with electrolytic copper powder, and high-energy ball milling was performed. The volume ratio of copper powder and granular graphite is 5:1, the ball milling rotation speed is 280 r/min, the ball milling time is 8 hours, the balls for ball milling are stainless steel balls, and the ball diameter is 3 mm. 10 mm (the mass ratio was 4:8:11:20:12:8:6:1 when the ball milling balls had diameters of 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, and 9 mm) ), and the mass ratio of the sum of the masses of the granular graphite and the electrolytic copper powder to the balls for ball milling was 1:6.

ボールミリングが終了後、粒状黒鉛が埋め込まれた銅粉とアルコールを混合し、超音波処理を120min加え(超音波の周波数が35KHzであった)、溶液の温度を室温に維持し、更に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超音波回転振動篩により篩分し、スクリーンの最小のメッシュサイズが400メッシュであり、篩上物、即ち一次表面の炭素が除去された金属粉を残した。更に粉末を150℃で30min真空保温した後、直接液体窒素に入れて10min保温し、その後、アルコールと混合し、超音波処理を20min加え、最後に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超微粉分離用の超音波回転振動篩により篩分処理し、内部のみに粒状黒鉛が埋め込まれた銅粉を得た。 After the ball milling, the copper powder embedded with granular graphite and alcohol were mixed, ultrasonicated for 120 minutes (the ultrasonic frequency was 35 KHz), the temperature of the solution was maintained at room temperature, and the mixture was further ultrasonicated. After the treated solution is vacuum dried at 60° C., it is sieved with an ultrasonic rotary vibrating sieve, and the minimum mesh size of the screen is 400 mesh. left. Further, after the powder is vacuum-retained at 150°C for 30 minutes, it is directly placed in liquid nitrogen and kept warm for 10 minutes, then mixed with alcohol, ultrasonicated for 20 minutes, and finally the solution after ultrasonication is vacuum-dried at 60°C. After that, the powder was sieved by an ultrasonic rotary vibrating sieve for ultrafine powder separation to obtain a copper powder in which granular graphite was embedded only inside.

内部のみに粒状黒鉛が埋め込まれた銅粉を、フェノールホルムアルデヒド樹脂のアルコール飽和溶液に2h浸漬し、更に100℃で2h乾燥し、破砕した後に直接室温でコールドプレスし、プレス圧力が450MPaであり、保圧時間が20sであり、調製された銅基複合材料圧粉体を水素雰囲気の保護下で加圧焼結し、960℃で2h焼結し、圧力が0.85MPaであり、炉の昇温レートと降温レートがいずれも10~15℃/minであり、比較例3のサンプルを得た。銅基複合材料の緻密度が96%であり、曲げ強度が375MPaであった。 Copper powder with granular graphite embedded only inside is immersed in an alcohol saturated solution of phenol formaldehyde resin for 2 hours, dried at 100 ° C. for 2 hours, crushed and directly cold-pressed at room temperature, press pressure is 450 MPa, The pressure holding time is 20 s, the prepared copper-based composite material compact is pressure sintered under the protection of a hydrogen atmosphere, sintered at 960 ° C. for 2 h, the pressure is 0.85 MPa, and the furnace is raised. Both the heating rate and the cooling rate were 10 to 15° C./min, and a sample of Comparative Example 3 was obtained. The denseness of the copper-based composite material was 96%, and the bending strength was 375 MPa.

比較例4 Comparative example 4

本比較例4では、混合時に添加されるフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末の粒度が1~2mmであった以外、他の条件は実施例1と同じであった。そのプロセスについて、超音波処理及び低温-急冷処理を行わなかった以外、実施例1と同じであった。調製された銅基複合材料は気孔率が15%と高く、且つ金属粒子間に拡散焼結が発生せず、曲げ強度が333MPaであった。 In Comparative Example 4, the other conditions were the same as in Example 1, except that the particle size of the phenol formaldehyde resin powder added during mixing was 1 to 2 mm. The process was the same as in Example 1, except that the sonication and cold-quenching treatments were omitted. The prepared copper-based composite material had a high porosity of 15%, no diffusion sintering between metal particles, and a bending strength of 333 MPa.

実施例1 Example 1

本実施例1では、粒状黒鉛を電解銅粉とともにボールミルに添加し、高エネルギーボールミリングを行い、添加される電解銅粉の粒子径が150μmであり、粒状黒鉛の粒子径が30μmであり、電解銅粉と粒状黒鉛との体積比が5:1であり、ボールミリング回転数が280r/minであり、ボールミリング時間が8hであり、ボールミリング用ボールがステンレス鋼ボールであり、ボール径が3mm~10mmであり(ボールミリング用ボールの直径が3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mmである場合の質量比が4:8:11:20:12:8:6:1であった)、粒状黒鉛と電解銅粉の質量和と、ボールミリング用ボールとの質量比が1:6であった。 In Example 1, granular graphite was added to a ball mill together with electrolytic copper powder, and high-energy ball milling was performed. The volume ratio of copper powder and granular graphite is 5:1, the ball milling rotation speed is 280 r/min, the ball milling time is 8 hours, the balls for ball milling are stainless steel balls, and the ball diameter is 3 mm. 10 mm (the mass ratio was 4:8:11:20:12:8:6:1 when the ball milling balls had diameters of 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, and 9 mm) ), and the mass ratio of the sum of the masses of the granular graphite and the electrolytic copper powder to the balls for ball milling was 1:6.

ボールミリングが終了後、粒状黒鉛が埋め込まれた銅粉とアルコールを混合し、超音波処理を120min加え(超音波の周波数が35KHzであった)、溶液の温度を室温に維持し、更に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超音波回転振動篩により篩分し、スクリーンの最小のメッシュサイズが400メッシュであり、篩上物、即ち一次表面の炭素が除去された金属粉を残した。更に粉末を150℃で30min真空保温した後、直接液体窒素に入れて10min保温し、その後、アルコールと混合し、超音波処理を20min加え、最後に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超微粉分離用の超音波回転振動篩により篩分処理し、内部のみに粒状黒鉛が埋め込まれた銅粉を得た。 After the ball milling, the copper powder embedded with granular graphite and alcohol were mixed, ultrasonicated for 120 minutes (the ultrasonic frequency was 35 KHz), the temperature of the solution was maintained at room temperature, and the mixture was further ultrasonicated. After the treated solution is vacuum dried at 60° C., it is sieved with an ultrasonic rotary vibrating sieve, and the minimum mesh size of the screen is 400 mesh. left. Further, after the powder is vacuum-retained at 150°C for 30 minutes, it is directly placed in liquid nitrogen and kept warm for 10 minutes, then mixed with alcohol, ultrasonicated for 20 minutes, and finally the solution after ultrasonication is vacuum-dried at 60°C. After that, the powder was sieved by an ultrasonic rotary vibrating sieve for ultrafine powder separation to obtain a copper powder in which granular graphite was embedded only inside.

内部のみに粒状黒鉛が埋め込まれた銅粉と、粒度が100μmのフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末とを質量比99:1でV型混合機にて混合し、混合粉末を得た。更に混合粉末を室温でコールドプレスし、プレス圧力が450MPaであり、保圧時間が20sであり、調製された銅基複合材料圧粉体を水素雰囲気の保護下で加圧焼結し、960℃で2h焼結し、炉の昇温レートと降温レートがいずれも10~15℃/minであり、圧力が0.85MPaであり、実施例1のサンプルを得た。調製された銅基複合材料の形態は図4に示される。銅基複合材料の緻密度が99.5%であり、曲げ強度が500MPaであった。 Copper powder in which granular graphite was embedded only inside and phenol formaldehyde resin powder with a particle size of 100 μm were mixed in a V-type mixer at a mass ratio of 99:1 to obtain a mixed powder. Furthermore, the mixed powder is cold-pressed at room temperature, the press pressure is 450 MPa, the pressure holding time is 20 s, and the prepared copper-based composite material green compact is pressure-sintered under the protection of a hydrogen atmosphere, and 960 ° C. The sample of Example 1 was obtained by sintering for 2 hours at a furnace temperature rise rate and temperature fall rate of 10 to 15° C./min and a pressure of 0.85 MPa. The morphology of the prepared copper-based composite is shown in FIG. The denseness of the copper-based composite material was 99.5%, and the bending strength was 500 MPa.

比較例5 Comparative example 5

本比較例5では、ボールミリングにより調製された、炭素粒子が埋め込まれた銅粉に直接室温でプレス-水素焼結を行った以外、他の条件は実施例2と同じであり、そのプロセスについて、超音波処理及び低温-急冷処理を行わなかった以外、実施例2と同じであった。調製された銅基複合材料の形態は図3に示される。気孔率が10%と高く、且つ金属粒子間に拡散焼結が発生せず、曲げ強度が380MPaであった。 In Comparative Example 5, the conditions were the same as in Example 2, except that the carbon particle-embedded copper powder prepared by ball milling was directly subjected to press-hydrogen sintering at room temperature. , was the same as Example 2, except that the sonication and cold-quenching treatments were not performed. The morphology of the prepared copper-based composite is shown in FIG. The porosity was as high as 10%, diffusion sintering did not occur between metal particles, and the bending strength was 380 MPa.

比較例6 Comparative example 6

本比較例6では、市販の炭素短繊維を対象とし、炭素短繊維の直径が7μmであり、長さが1mmであった。真空条件下で、700℃で60min保温し、脱ガム処理を行い、続いて、電解銅粉とともにボールミルに添加して高エネルギーボールミリングを行い、添加される電解銅粉の粒子径が150μmであり、電解銅粉と脱ガム炭素短繊維との体積比が3:1であり、ボールミリング回転数が250r/minであり、ボールミリング時間が6hであり、ボールミリング用ボールがステンレス鋼ボールであり、ボール径が3mm~10mmであり(ボールミリング用ボールの直径が3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mmである場合の質量比が4:8:11:20:12:8:6:1であった)、脱ガム短繊維と電解銅粉の質量和と、ボールミリング用ボールとの質量比が1:6であった。調製された、炭素粒子が埋め込まれた銅粉のSEM形態は図2に示される。 In Comparative Example 6, commercially available short carbon fibers were used, and the short carbon fibers had a diameter of 7 μm and a length of 1 mm. Under vacuum conditions, heat is kept at 700 ° C. for 60 minutes to degumming, and then added to a ball mill together with electrolytic copper powder to perform high-energy ball milling. , the volume ratio of the electrolytic copper powder and the degummed short carbon fiber is 3:1, the ball milling rotation speed is 250 r/min, the ball milling time is 6 h, and the balls for ball milling are stainless steel balls. , the ball diameter is 3 mm to 10 mm (when the ball milling ball diameter is 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, the mass ratio is 4: 8: 11: 20: 12: 8: 6 : 1), and the mass ratio of the sum of the degummed short fibers and the electrolytic copper powder to the balls for ball milling was 1:6. The SEM morphology of the prepared carbon particle-embedded copper powder is shown in FIG.

ボールミリングが終了後、超微細炭素粉が埋め込まれた銅粉とアルコールを混合し、超音波処理を120min加え(超音波の周波数が25KHzであった)、溶液の温度を室温に維持し、更に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超音波回転振動篩により篩分し、スクリーンの最小のメッシュサイズが400メッシュであり、篩上物、即ち一次表面の炭素が除去された金属粉を残した。更に粉末を150℃で30min真空保温した後、直接液体窒素に入れて10min保温し、その後、アルコールと混合し、超音波処理を20min加え、最後に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超微粉分離用の超音波回転振動篩により篩分処理し、内部のみに超微細炭素が埋め込まれた銅粉を得た。 After ball milling, the copper powder embedded with ultrafine carbon powder and alcohol were mixed, ultrasonic treatment was applied for 120 min (the ultrasonic frequency was 25 KHz), the temperature of the solution was maintained at room temperature, and further After the ultrasonically treated solution was vacuum-dried at 60° C., it was sieved with an ultrasonic rotary vibrating sieve. It left behind metal powder. Further, after the powder is vacuum-retained at 150°C for 30 minutes, it is directly placed in liquid nitrogen and kept warm for 10 minutes, then mixed with alcohol, ultrasonicated for 20 minutes, and finally the solution after ultrasonication is vacuum-dried at 60°C. After that, the powder was sieved by an ultrasonic rotary vibrating sieve for ultrafine powder separation to obtain a copper powder in which ultrafine carbon was embedded only inside.

内部のみに超微細炭素が埋め込まれた銅粉を直接室温でコールドプレスし、プレス圧力が450MPaであり、保圧時間が20sであり、調製された銅基複合材料圧粉体を水素雰囲気の保護下で加圧焼結し、950℃で2h焼結し、炉の昇温レートと降温レートがいずれも10~15℃/minであり、圧力が0.9MPaであり、比較例6のサンプルを得た。銅基複合材料の緻密度が99%であり、曲げ強度が480MPaであった。 The copper powder with ultrafine carbon embedded only inside is directly cold-pressed at room temperature, the pressing pressure is 450 MPa, the pressure holding time is 20 s, and the prepared copper-based composite material compact is protected in a hydrogen atmosphere. The sample of Comparative Example 6 was sintered under pressure and sintered at 950° C. for 2 hours. Obtained. The denseness of the copper-based composite material was 99%, and the bending strength was 480 MPa.

実施例2 Example 2

本実施例2では、市販の炭素短繊維を対象とし、炭素短繊維の直径が7μmであり、長さが1mmであった。真空条件下で、700℃で60min保温し、脱ガム処理を行い、続いて、電解銅粉とともにボールミルに添加し、高エネルギーボールミリングを行い、添加される電解銅粉の粒子径が150μmであり、電解銅粉と脱ガム炭素短繊維との体積比が3:1であり、ボールミリング回転数が250r/minであり、ボールミリング時間が6hであり、ボールミリング用ボールがステンレス鋼ボールであり、ボール径が3mm~10mmであり(ボールミリング用ボールの直径が3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mmである場合の質量比が4:8:11:20:12:8:6:1であった)、脱ガム短繊維と電解銅粉の質量和と、ボールミリング用ボールとの質量比が1:6であった。調製された、炭素粒子が埋め込まれた銅粉のSEM形態は図2に示される。 In Example 2, commercially available short carbon fibers were used, and the short carbon fibers had a diameter of 7 μm and a length of 1 mm. Under vacuum conditions, heat is kept at 700 ° C. for 60 minutes to degumming, then added to a ball mill together with electrolytic copper powder, high energy ball milling is performed, and the particle diameter of the electrolytic copper powder added is 150 μm. , the volume ratio of the electrolytic copper powder and the degummed short carbon fiber is 3:1, the ball milling rotation speed is 250 r/min, the ball milling time is 6 h, and the balls for ball milling are stainless steel balls. , the ball diameter is 3 mm to 10 mm (when the ball milling ball diameter is 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, the mass ratio is 4: 8: 11: 20: 12: 8: 6 : 1), and the mass ratio of the sum of the degummed short fibers and the electrolytic copper powder to the balls for ball milling was 1:6. The SEM morphology of the prepared carbon particle-embedded copper powder is shown in FIG.

ボールミリングが終了後、超微細炭素粉が埋め込まれた銅粉とアルコールを混合し、超音波処理を120min加え(超音波の周波数が25KHzであった)、溶液の温度を室温に維持し、更に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超音波回転振動篩により篩分し、スクリーンの最小のメッシュサイズが400メッシュであり、篩上物、即ち一次表面の炭素が除去された金属粉を残した。更に粉末を150℃で30min真空保温した後、直接液体窒素に入れて10min保温し、その後、アルコールと混合し、超音波処理を20min加え、最後に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超微粉分離用の超音波回転振動篩により篩分処理し、内部のみに超微細炭素が埋め込まれた銅粉を得た。 After ball milling, the copper powder embedded with ultrafine carbon powder and alcohol were mixed, ultrasonic treatment was applied for 120 min (the ultrasonic frequency was 25 KHz), the temperature of the solution was maintained at room temperature, and further After the ultrasonically treated solution was vacuum-dried at 60° C., it was sieved with an ultrasonic rotary vibrating sieve. It left behind metal powder. Further, after the powder is vacuum-retained at 150°C for 30 minutes, it is directly placed in liquid nitrogen and kept warm for 10 minutes, then mixed with alcohol, ultrasonicated for 20 minutes, and finally the solution after ultrasonication is vacuum-dried at 60°C. After that, the powder was sieved by an ultrasonic rotary vibrating sieve for ultrafine powder separation to obtain a copper powder in which ultrafine carbon was embedded only inside.

内部のみに超微細炭素が埋め込まれた銅粉と、粒度が200μmのフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末とを質量比99:1でV型混合機にて混合し、混合粉末を得た。更に混合粉末を室温でコールドプレスし、プレス圧力が450MPaであり、保圧時間が20sであり、調製された銅基複合材料圧粉体を水素雰囲気の保護下で加圧焼結し、950℃で2h焼結し、圧力が0.9MPaであり、炉の昇温レートと降温レートがいずれも10~15℃/minであり、実施例2のサンプルを得た。銅基複合材料の緻密度が99.8%であり、曲げ強度が510MPaであった。 A copper powder in which ultrafine carbon was embedded only inside and a phenol formaldehyde resin powder having a particle size of 200 μm were mixed at a mass ratio of 99:1 in a V-type mixer to obtain a mixed powder. Furthermore, the mixed powder is cold-pressed at room temperature, the press pressure is 450 MPa, the pressure holding time is 20 s, and the prepared copper-based composite material green compact is pressure-sintered under the protection of a hydrogen atmosphere, and 950 ° C. The sample of Example 2 was obtained by sintering for 2 hours at a pressure of 0.9 MPa and heating and cooling rates of the furnace both at 10 to 15° C./min. The denseness of the copper-based composite material was 99.8%, and the bending strength was 510 MPa.

比較例7 Comparative example 7

本比較例7では、ボールミリングにより調製された、炭素繊維が埋め込まれたニッケル粉に直接室温でプレス-水素焼結を行った以外、他の条件は実施例3と同じであり、そのプロセスについて、超音波処理及び低温-急冷処理を行わなかった以外、実施例3と同じであった。調製されたニッケル基複合材料は気孔率が10%と高く、引張強度が750MPaであった。 In this Comparative Example 7, the other conditions were the same as in Example 3, except that the carbon fiber-embedded nickel powder prepared by ball milling was directly subjected to press-hydrogen sintering at room temperature. , was the same as Example 3, except that the sonication and cold-quenching treatments were not performed. The prepared nickel-based composite material had a high porosity of 10% and a tensile strength of 750 MPa.

比較例8 Comparative example 8

本比較例8では、市販の炭素短繊維を対象とし、炭素短繊維の直径が8μmであり、長さが2mmであった。配合されたフェノールホルムアルデヒド樹脂を有機溶媒に溶解させ、フェノールホルムアルデヒド樹脂のアルコール飽和溶液を得た後、炭素短繊維を80℃のフェノールホルムアルデヒド樹脂のアルコール飽和溶液に2h浸漬し、更に120℃で2h乾燥した。続いて電解ニッケル粉とともにボールミルに添加し、高エネルギーボールミリングを行い、添加される電解ニッケル粉の粒子径が150μmであり、電解ニッケル粉と脱ガム炭素短繊維との体積比が4:1であり、ボールミリング回転数が300r/minであり、ボールミリング時間が3hであり、ボールミリング用ボールがステンレス鋼ボールであり、ボール径が3mm~10mmであり(ボールミリング用ボールの直径が3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mmである場合の質量比が4:8:11:20:12:8:6:1であった)、フェノールホルムアルデヒド樹脂でコーティングされた短繊維と電解ニッケル粉の質量和と、ボールミリング用ボールとの質量比が1:6であった。 In Comparative Example 8, commercially available short carbon fibers were used, and the short carbon fibers had a diameter of 8 μm and a length of 2 mm. After dissolving the blended phenol formaldehyde resin in an organic solvent to obtain an alcohol saturated solution of phenol formaldehyde resin, short carbon fibers were immersed in the alcohol saturated solution of phenol formaldehyde resin at 80° C. for 2 hours and then dried at 120° C. for 2 hours. did. Subsequently, it is added to a ball mill together with the electrolytic nickel powder, and subjected to high-energy ball milling. Yes, the ball milling rotation speed is 300 r/min, the ball milling time is 3 h, the ball milling ball is a stainless steel ball, and the ball diameter is 3 mm to 10 mm (the diameter of the ball milling ball is 3 mm, The mass ratio was 4: 8: 11: 20: 12: 8: 6: 1 when 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm), short fibers coated with phenol formaldehyde resin and electrolytic nickel The mass ratio of the sum of the mass of the powder and the balls for ball milling was 1:6.

ボールミリングが終了後、調製された内部と表面に炭素短繊維が埋め込まれたニッケル粉と、アルコールを混合し、超音波処理を100min加え(超音波の周波数が30KHzであった)、溶液の温度を室温に維持し、更に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超音波回転振動篩により篩分し、スクリーンの最小のメッシュサイズが400メッシュであり、篩上物、即ち一次表面の炭素が除去された金属粉を残した。更に粉末を180℃で30min真空保温した後、直接液体窒素に入れて10min保温し、その後、アルコールと混合し、超音波処理を20min加え、最後に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超微粉分離用の超音波回転振動篩により篩分処理し、内部のみに炭素繊維が埋め込まれたニッケル粉を得た。 After ball milling, the prepared nickel powder with short carbon fibers embedded inside and on the surface was mixed with alcohol, and ultrasonic treatment was added for 100 minutes (the ultrasonic frequency was 30 KHz). is maintained at room temperature, and the solution after ultrasonic treatment is vacuum-dried at 60 ° C., then sieved with an ultrasonic rotary vibrating sieve, the minimum mesh size of the screen is 400 mesh, and the sieved product, that is, the primary A metal powder with surface carbon removed was left behind. Further, after the powder is vacuum-retained at 180°C for 30 minutes, it is directly placed in liquid nitrogen and kept warm for 10 minutes, then mixed with alcohol, ultrasonicated for 20 minutes, and finally the solution after ultrasonication is vacuum-dried at 60°C. After that, it was sieved by an ultrasonic rotary vibrating sieve for ultrafine powder separation to obtain a nickel powder in which carbon fibers were embedded only inside.

内部のみに炭素繊維が埋め込まれたニッケル粉を直接室温でコールドプレスし、プレス圧力が500MPaであり、保圧時間が20sであり、調製されたニッケル基複合材料圧粉体を水素雰囲気の保護下で加圧焼結し、1000℃で2h焼結し、圧力が0.8MPaであり、炉の昇温レートと降温レートがいずれも10~15℃/minであり、比較例8のサンプルを得た。ニッケル基複合材料の緻密度が98.5%であり、引張強度が1250MPaであった。 The nickel powder with carbon fibers embedded only inside is directly cold-pressed at room temperature, the pressing pressure is 500 MPa, the pressure holding time is 20 s, and the prepared nickel-based composite material compact is protected under hydrogen atmosphere. and sintered at 1000 ° C. for 2 hours, the pressure is 0.8 MPa, and the temperature increase rate and temperature decrease rate of the furnace are both 10 to 15 ° C./min, and a sample of Comparative Example 8 is obtained. rice field. The nickel-based composite material had a density of 98.5% and a tensile strength of 1250 MPa.

比較例9 Comparative example 9

本比較例9では、市販の炭素短繊維を対象とし、炭素短繊維の直径が8μmであり、長さが2mmであった。配合されたフェノールホルムアルデヒド樹脂を有機溶媒に溶解させ、フェノールホルムアルデヒド樹脂のアルコール飽和溶液を得た後、炭素短繊維を80℃のフェノールホルムアルデヒド樹脂のアルコール飽和溶液に2h浸漬し、更に120℃で2h乾燥した。続いて電解ニッケル粉とともにボールミルに添加し、高エネルギーボールミリングを行い、添加される電解ニッケル粉の粒子径が150μmであり、電解ニッケル粉と脱ガム炭素短繊維との体積比が4:1であり、ボールミリング回転数が300r/minであり、ボールミリング時間が3hであり、ボールミリング用ボールがステンレス鋼ボールであり、ボール径が3mm~10mmであり(ボールミリング用ボールの直径が3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mmである場合の質量比が4:8:11:20:12:8:6:1であった)、フェノールホルムアルデヒド樹脂でコーティングされた短繊維と電解ニッケル粉の質量和と、ボールミリング用ボールとの質量比が1:6であった。 In Comparative Example 9, commercially available short carbon fibers were used, and the short carbon fibers had a diameter of 8 μm and a length of 2 mm. After dissolving the blended phenol formaldehyde resin in an organic solvent to obtain an alcohol saturated solution of phenol formaldehyde resin, short carbon fibers were immersed in the alcohol saturated solution of phenol formaldehyde resin at 80° C. for 2 hours and then dried at 120° C. for 2 hours. did. Subsequently, it is added to a ball mill together with the electrolytic nickel powder, and subjected to high-energy ball milling. Yes, the ball milling rotation speed is 300 r/min, the ball milling time is 3 h, the ball milling ball is a stainless steel ball, and the ball diameter is 3 mm to 10 mm (the diameter of the ball milling ball is 3 mm, The mass ratio was 4: 8: 11: 20: 12: 8: 6: 1 when 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm), short fibers coated with phenol formaldehyde resin and electrolytic nickel The mass ratio of the sum of the mass of the powder and the balls for ball milling was 1:6.

ボールミリングが終了後、調製された内部と表面に炭素短繊維が埋め込まれたニッケル粉と、アルコールを混合し、超音波処理を100min加え(超音波の周波数が30KHzであった)、溶液の温度を室温に維持し、更に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超音波回転振動篩により篩分し、スクリーンの最小のメッシュサイズが400メッシュであり、篩上物、即ち一次表面の炭素が除去された金属粉を残した。更に粉末を180℃で30min真空保温した後、直接液体窒素に入れて10min保温し、その後、アルコールと混合し、超音波処理を20min加え、最後に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超微粉分離用の超音波回転振動篩により篩分処理し、内部のみに炭素繊維が埋め込まれたニッケル粉を得た。 After ball milling, the prepared nickel powder with short carbon fibers embedded inside and on the surface was mixed with alcohol, and ultrasonic treatment was added for 100 minutes (the ultrasonic frequency was 30 KHz). is maintained at room temperature, and the solution after ultrasonic treatment is vacuum-dried at 60 ° C., then sieved with an ultrasonic rotary vibrating sieve, the minimum mesh size of the screen is 400 mesh, and the sieved product, that is, the primary A metal powder with surface carbon removed was left behind. Further, after the powder is vacuum-retained at 180°C for 30 minutes, it is directly placed in liquid nitrogen and kept warm for 10 minutes, then mixed with alcohol, ultrasonicated for 20 minutes, and finally the solution after ultrasonication is vacuum-dried at 60°C. After that, it was sieved by an ultrasonic rotary vibrating sieve for ultrafine powder separation to obtain a nickel powder in which carbon fibers were embedded only inside.

内部のみに炭素繊維が埋め込まれたニッケル粉をフェノールホルムアルデヒド樹脂のアルコール飽和溶液に2h浸漬し、更に100℃で2h乾燥し、破砕した後に直接室温でコールドプレスし、プレス圧力が500MPaであり、保圧時間が20sであり、調製されたニッケル基複合材料圧粉体を水素雰囲気の保護下で加圧焼結し、1000℃で2h焼結し、圧力が0.8MPaであり、炉の昇温レートと降温レートがいずれも10~15℃/minであり、比較例9のサンプルを得た。ニッケル基複合材料の緻密度が96.8%であり、引張強度が1140MPaであった。 Nickel powder with carbon fibers embedded only inside was immersed in an alcohol saturated solution of phenol formaldehyde resin for 2 hours, dried at 100 ° C. for 2 hours, crushed, and directly cold-pressed at room temperature. Pressure time is 20 s, the prepared nickel-based composite material compact is pressure sintered under the protection of hydrogen atmosphere, sintered at 1000 ° C. for 2 h, pressure is 0.8 MPa, furnace temperature rise Both the rate and temperature drop rate were 10 to 15° C./min, and a sample of Comparative Example 9 was obtained. The nickel-based composite material had a density of 96.8% and a tensile strength of 1140 MPa.

実施例3 Example 3

本実施例3では、市販の炭素短繊維を対象とし、炭素短繊維の直径が8μmであり、長さが2mmであった。配合されたフェノールホルムアルデヒド樹脂を有機溶媒に溶解させ、フェノールホルムアルデヒド樹脂のアルコール飽和溶液を得た後、炭素短繊維を80℃のフェノールホルムアルデヒド樹脂のアルコール飽和溶液に2h浸漬し、更に120℃で2h乾燥した。続いて電解ニッケル粉とともにボールミルに添加し、高エネルギーボールミリングを行い、添加される電解ニッケル粉の粒子径が150μmであり、電解ニッケル粉と脱ガム炭素短繊維との体積比が4:1であり、ボールミリング回転数が300r/minであり、ボールミリング時間が3hであり、ボールミリング用ボールがステンレス鋼ボールであり、ボール径が3mm~10mmであり(ボールミリング用ボールの直径が3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mmである場合の質量比が4:8:11:20:12:8:6:1であった)、フェノールホルムアルデヒド樹脂でコーティングされた短繊維と電解ニッケル粉の質量和と、ボールミリング用ボールとの質量比が1:6であった。 In Example 3, commercially available short carbon fibers were used, and the short carbon fibers had a diameter of 8 μm and a length of 2 mm. After dissolving the blended phenol formaldehyde resin in an organic solvent to obtain an alcohol saturated solution of phenol formaldehyde resin, short carbon fibers were immersed in the alcohol saturated solution of phenol formaldehyde resin at 80° C. for 2 hours and then dried at 120° C. for 2 hours. did. Subsequently, it is added to a ball mill together with the electrolytic nickel powder, and subjected to high-energy ball milling. Yes, the ball milling rotation speed is 300 r/min, the ball milling time is 3 h, the ball milling ball is a stainless steel ball, and the ball diameter is 3 mm to 10 mm (the diameter of the ball milling ball is 3 mm, The mass ratio was 4: 8: 11: 20: 12: 8: 6: 1 when 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm), short fibers coated with phenol formaldehyde resin and electrolytic nickel The mass ratio of the sum of the mass of the powder and the balls for ball milling was 1:6.

ボールミリングが終了後、調製された内部と表面に炭素短繊維が埋め込まれたニッケル粉と、アルコールを混合し、超音波処理を100min加え(超音波の周波数が30KHzであった)、溶液の温度を室温に維持し、更に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超音波回転振動篩により篩分し、スクリーンの最小のメッシュサイズが400メッシュであり、篩上物、即ち一次表面の炭素が除去された金属粉を残した。更に粉末を180℃で30min真空保温した後、直接液体窒素に入れて10min保温し、その後、アルコールと混合し、超音波処理を20min加え、最後に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超微粉分離用の超音波回転振動篩により篩分処理し、内部のみに炭素繊維が埋め込まれたニッケル粉を得た。 After ball milling, the prepared nickel powder with short carbon fibers embedded inside and on the surface was mixed with alcohol, and ultrasonic treatment was added for 100 minutes (the ultrasonic frequency was 30 KHz). is maintained at room temperature, and the solution after ultrasonic treatment is vacuum-dried at 60 ° C., then sieved with an ultrasonic rotary vibrating sieve, the minimum mesh size of the screen is 400 mesh, and the sieved product, that is, the primary A metal powder with surface carbon removed was left behind. Further, after the powder is vacuum-retained at 180°C for 30 minutes, it is directly placed in liquid nitrogen and kept warm for 10 minutes, then mixed with alcohol, ultrasonicated for 20 minutes, and finally the solution after ultrasonication is vacuum-dried at 60°C. After that, it was sieved by an ultrasonic rotary vibrating sieve for ultrafine powder separation to obtain a nickel powder in which carbon fibers were embedded only inside.

内部のみに炭素繊維が埋め込まれたニッケル粉と、粒度が200μmのフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末とを質量比99:1でV型混合機にて混合し、混合粉末を得た。更に混合粉末を室温でコールドプレスし、プレス圧力が500MPaであり、保圧時間が20sであり、調製されたニッケル基複合材料圧粉体を水素雰囲気の保護下で加圧焼結し、1000℃で2h焼結し、圧力が0.8MPaであり、炉の昇温レートと降温レートがいずれも10~15℃/minであり、実施例3のサンプルを得た。ニッケル基複合材料の緻密度が99.2%であり、引張強度が1310MPaであった。 Nickel powder in which carbon fibers were embedded only inside and phenol formaldehyde resin powder with a particle size of 200 μm were mixed at a mass ratio of 99:1 in a V-type mixer to obtain a mixed powder. Further, the mixed powder is cold-pressed at room temperature, the press pressure is 500 MPa, the pressure holding time is 20 s, and the prepared nickel-based composite material compact is pressure-sintered under the protection of a hydrogen atmosphere, and is heated to 1000 ° C. The sample of Example 3 was obtained by sintering for 2 hours at a pressure of 0.8 MPa, and heating and cooling rates of the furnace were both 10 to 15° C./min. The nickel-based composite material had a density of 99.2% and a tensile strength of 1310 MPa.

比較例10 Comparative example 10

本比較例10では、ボールミリングにより調製された、炭素繊維が埋め込まれたアルミニウム粉と2%の炭化ケイ素を配合した後、V型混合機にて混合し、混合粉末を得た以外、他の条件は実施例4と同じであった。得られた混合粉末を490℃で、窒素雰囲気の保護下でホットプレスし、プレス圧力が500MPaであり、ホットプレス時間が0.5hであり、アルミニウム基複合材料を得た。緻密度が92%にすぎず、曲げ強度が700MPaであった。 In Comparative Example 10, aluminum powder with carbon fibers embedded therein prepared by ball milling and 2% silicon carbide were blended and then mixed in a V-type mixer to obtain a mixed powder. The conditions were the same as in Example 4. The obtained mixed powder was hot-pressed at 490° C. under the protection of a nitrogen atmosphere with a press pressure of 500 MPa and a hot-press time of 0.5 h to obtain an aluminum matrix composite material. The compactness was only 92% and the bending strength was 700 MPa.

比較例11 Comparative example 11

本比較例11で調製されたアルミニウム基複合材料は、質量百分率で、炭化ケイ素を2%、炭素短繊維が埋め込まれたアルミニウム合金粉を残量含んだ。炭化ケイ素の粒子径が90μmであり、炭素短繊維が埋め込まれたアルミニウム合金粉の粒子径が100μmであった。炭素短繊維の直径が8μmであり、長さが2mmであった。 The aluminum matrix composite material prepared in this Comparative Example 11 contained 2% by mass of silicon carbide and the balance of aluminum alloy powder in which short carbon fibers were embedded. The particle size of the silicon carbide was 90 µm, and the particle size of the aluminum alloy powder in which short carbon fibers were embedded was 100 µm. The short carbon fibers had a diameter of 8 μm and a length of 2 mm.

配合されたフェノールホルムアルデヒド樹脂を有機溶媒に溶解させ、フェノールホルムアルデヒド樹脂のアルコール飽和溶液を得た後、炭素短繊維を80℃のフェノールホルムアルデヒド樹脂のアルコール飽和溶液に2h浸漬し、更に120℃で2h乾燥した。硬化したフェノールホルムアルデヒド樹脂炭素繊維と、粒子径が150μmのAl-9.6wt%Zn-2.5wt%Mg-2.2wt%Cu-0.16wt%Zrアトマイズ合金粉をボールミリングし、炭素繊維が体積百分率で8%であり、アルミニウム合金粉が体積百分率で92%となるように添加され、ボールミリング回転数が300r/minであり、ボールミリング時間が2hであり、ボールと材料との質量比が6:1であり、ボールミリング用ボールがステンレス鋼ボール及び超硬合金ボールであり、ボール径が3mm~10mmであった(ボールミリング用ボールの直径が3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mmである場合の質量比が4:8:11:20:12:8:6:1であった)。 After dissolving the blended phenol formaldehyde resin in an organic solvent to obtain an alcohol saturated solution of phenol formaldehyde resin, short carbon fibers were immersed in the alcohol saturated solution of phenol formaldehyde resin at 80° C. for 2 hours and then dried at 120° C. for 2 hours. did. The hardened phenol formaldehyde resin carbon fiber and Al-9.6 wt% Zn-2.5 wt% Mg-2.2 wt% Cu-0.16 wt% Zr atomized alloy powder with a particle size of 150 μm are ball-milled, and the carbon fiber is The volume percentage is 8%, the aluminum alloy powder is added so that the volume percentage is 92%, the ball milling rotation speed is 300 r/min, the ball milling time is 2 hours, and the mass ratio of the ball to the material is was 6:1, the ball milling balls were stainless steel balls and cemented carbide balls, and the ball diameter was 3 mm to 10 mm (the diameter of the ball milling ball was 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, The mass ratio for 8 mm and 9 mm was 4:8:11:20:12:8:6:1).

ボールミリングが終了後、調製された内部と表面に炭素繊維が埋め込まれたアルミニウム粉と、アルコールを混合し、超音波処理を120min加え(超音波の周波数が28KHzであった)、溶液の温度を室温に維持し、更に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超音波回転振動篩により篩分し、篩上物、即ち一次表面の炭素が除去された金属粉を残した。更に粉末を200℃で30min真空保温した後、直接液体窒素に入れて10min保温し、その後、アルコールと混合し、超音波処理を20min加え、最後に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超微粉分離用の超音波回転振動篩により篩分処理し、内部のみに炭素繊維が埋め込まれたアルミニウム粉を得た。 After ball milling, the prepared aluminum powder with carbon fibers embedded inside and on the surface was mixed with alcohol, and ultrasonic treatment was added for 120 minutes (the ultrasonic frequency was 28 KHz), and the temperature of the solution was increased to After the solution was kept at room temperature and vacuum-dried at 60° C., the solution was sieved with an ultrasonic rotary vibrating sieve to leave the sieved material, that is, the metal powder from which carbon on the primary surface was removed. Further, after the powder is vacuum-retained at 200°C for 30 minutes, it is directly placed in liquid nitrogen and kept warm for 10 minutes, then mixed with alcohol, ultrasonicated for 20 minutes, and finally the solution after ultrasonication is vacuum-dried at 60°C. After that, it was sieved by an ultrasonic rotary vibrating sieve for ultrafine powder separation to obtain an aluminum powder in which carbon fibers were embedded only inside.

粒子径が180μmである内部のみに炭素繊維が残ったアルミニウム合金粉と、質量百分率で内部のみに炭素繊維が残されたアルミニウム合金粉が98.0%、炭化ケイ素が2%となるように粉末を配合し、V型混合機にて混合し、混合粉末を得た。得られた混合粉末を490℃で、窒素雰囲気の保護下でホットプレスし、プレス圧力が500MPaであり、ホットプレス時間が0.5hであり、アルミニウム基複合材料を得た。緻密度が99%であり、曲げ強度が860MPaであった。 An aluminum alloy powder with a particle diameter of 180 μm and carbon fibers remaining only inside, and an aluminum alloy powder with carbon fibers remaining only inside in terms of mass percentage of 98.0% and silicon carbide so that the powder is 2%. were blended and mixed in a V-type mixer to obtain a mixed powder. The obtained mixed powder was hot-pressed at 490° C. under the protection of a nitrogen atmosphere with a press pressure of 500 MPa and a hot-press time of 0.5 h to obtain an aluminum matrix composite material. The denseness was 99% and the bending strength was 860 MPa.

実施例4 Example 4

本実施例4で調製されたアルミニウム基複合材料は、質量百分率で、炭化ケイ素を2%、炭素短繊維が埋め込まれたアルミニウム合金粉を残量含んだ。炭化ケイ素の粒子径が90μmであり、炭素短繊維が埋め込まれたアルミニウム合金粉の粒子径が100μmであった。炭素短繊維の直径が8μmであり、長さが2mmであった。 The aluminum matrix composite material prepared in this Example 4 contained 2% by mass of silicon carbide and the balance of short carbon fiber-embedded aluminum alloy powder. The particle size of the silicon carbide was 90 µm, and the particle size of the aluminum alloy powder in which short carbon fibers were embedded was 100 µm. The short carbon fibers had a diameter of 8 μm and a length of 2 mm.

配合されたフェノールホルムアルデヒド樹脂を有機溶媒に溶解させ、フェノールホルムアルデヒド樹脂のアルコール飽和溶液を得た後、炭素短繊維を80℃のフェノールホルムアルデヒド樹脂のアルコール飽和溶液に2h浸漬し、更に120℃で2h乾燥した。硬化したフェノールホルムアルデヒド樹脂炭素繊維と、粒子径が150ミクロンのAl-9.6wt%Zn-2.5wt%Mg-2.2wt%Cu-0.16wt%Zrアトマイズ合金粉をボールミリングし、炭素繊維が体積百分率で8%であり、アルミニウム合金粉が体積百分率で92%となるように添加され、ボールミリング回転数が300r/minであり、ボールミリング時間が10hであり、ボールと材料との質量比が6:1であり、ボールミリング用ボールがステンレス鋼ボール及び超硬合金ボールであり、ボール径が3mm~10mmであった(ボールミリング用ボールの直径が3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mmである場合の質量比が4:8:11:20:12:8:6:1であった)。 After dissolving the blended phenol formaldehyde resin in an organic solvent to obtain an alcohol saturated solution of phenol formaldehyde resin, short carbon fibers were immersed in the alcohol saturated solution of phenol formaldehyde resin at 80° C. for 2 hours and then dried at 120° C. for 2 hours. did. Ball milling of hardened phenol formaldehyde resin carbon fiber and Al-9.6 wt% Zn-2.5 wt% Mg-2.2 wt% Cu-0.16 wt% Zr atomized alloy powder with a particle size of 150 microns, carbon fiber is 8% by volume, aluminum alloy powder is added to be 92% by volume, the ball milling rotation speed is 300 r / min, the ball milling time is 10 h, and the mass of the ball and the material The ratio was 6:1, the ball milling balls were stainless steel balls and cemented carbide balls, and the ball diameter was 3 mm to 10 mm (ball milling ball diameters of 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm , 8 mm and 9 mm, the mass ratio was 4:8:11:20:12:8:6:1).

ボールミリングが終了後、調製された内部と表面に炭素繊維が埋め込まれたアルミニウム粉と、アルコールを混合し、超音波処理を120min加え(超音波の周波数が28KHzであった)、溶液の温度を室温に維持し、更に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超音波回転振動篩により篩分し、篩上物、即ち一次表面の炭素が除去された金属粉を残した。更に粉末を200℃で30min真空保温した後、直接液体窒素に入れて2min保温し、その後、アルコールと混合し、超音波処理を20min加え、最後に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超微粉分離用の超音波回転振動篩により篩分処理し、内部のみに炭素繊維が埋め込まれたアルミニウム粉を得た。 After ball milling, the prepared aluminum powder with carbon fibers embedded inside and on the surface was mixed with alcohol, and ultrasonic treatment was added for 120 minutes (the ultrasonic frequency was 28 KHz), and the temperature of the solution was increased to After the solution was kept at room temperature and vacuum-dried at 60° C., the solution was sieved with an ultrasonic rotary vibrating sieve to leave the sieved material, that is, the metal powder from which carbon on the primary surface was removed. Further, after the powder is vacuum-retained at 200°C for 30 minutes, it is directly placed in liquid nitrogen and kept warm for 2 minutes, then mixed with alcohol, ultrasonicated for 20 minutes, and finally the solution after ultrasonication is vacuum-dried at 60°C. After that, it was sieved by an ultrasonic rotary vibrating sieve for ultrafine powder separation to obtain an aluminum powder in which carbon fibers were embedded only inside.

内部のみに炭素繊維が埋め込まれたアルミニウム合金粉(粒度が180μmである)、フェノールホルムアルデヒド樹脂粉末(粒度が250μmである)及び炭化ケイ素を質量比96.5:1.5:2で配合し、V型混合機にて混合し、混合材を得た。混合材を490℃で、窒素雰囲気の保護下でホットプレスし、プレス圧力が500MPaであり、ホットプレス時間が0.5hであり、アルミニウム基複合材料を得た。緻密度が99.5%であり、曲げ強度が882MPaであった。 Aluminum alloy powder (particle size is 180 μm) in which carbon fibers are embedded only inside, phenol formaldehyde resin powder (particle size is 250 μm), and silicon carbide are blended at a mass ratio of 96.5:1.5:2, A mixed material was obtained by mixing with a V-type mixer. The mixed material was hot-pressed at 490° C. under the protection of nitrogen atmosphere, the pressing pressure was 500 MPa, and the hot-pressing time was 0.5 h to obtain an aluminum matrix composite. The denseness was 99.5% and the bending strength was 882 MPa.

比較例12 Comparative example 12

本比較例12では、ボールミリングにより調製された、超微細炭素が埋め込まれた鉄粉に直接室温でプレス-真空加圧焼結を行った以外、他の条件は実施例5と同じであり、そのプロセスについて、超音波処理及び低温-急冷処理を行わなかった以外、実施例5と同じであった。調製された鉄基複合材料は気孔率が12%と高く、引張強度が610MPaであった。 In Comparative Example 12, the conditions were the same as in Example 5, except that the ultrafine carbon-embedded iron powder prepared by ball milling was directly subjected to press-vacuum pressure sintering at room temperature. The process was the same as in Example 5, except that the sonication and cold-quenching treatments were omitted. The prepared iron-based composite material had a high porosity of 12% and a tensile strength of 610 MPa.

比較例13 Comparative example 13

本比較例13では、市販された700℃で60min脱ガム処理された炭素短繊維及び粒子径が120ミクロンの還元鉄粉をボールミリング原料として用い、炭素繊維が体積百分率で8%であり、還元鉄粉が体積百分率で92%となるように添加され、炭素短繊維の直径が6μmであり、長さが2mmであり、両者をボールミルに添加し、高エネルギーボールミリングを行い、回転数が250r/minであり、ボールミリング時間が6hであり、ボールと材料との質量比が6:1であり、ボールミリング用ボールがステンレス鋼ボール及び超硬合金ボールであり、ボール径が3mm~10mmであった(ボールミリング用ボールの直径が3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mmである場合の質量比が4:8:11:20:12:8:6:1であった)。 In Comparative Example 13, commercially available short carbon fibers degummed at 700° C. for 60 minutes and reduced iron powder with a particle size of 120 microns were used as raw materials for ball milling. Iron powder is added so that the volume percentage is 92%, the diameter of carbon short fibers is 6 μm and the length is 2 mm, both are added to a ball mill, high energy ball milling is performed, and the rotation speed is 250 r / min, the ball milling time is 6 h, the mass ratio of the ball to the material is 6: 1, the ball milling ball is a stainless steel ball and a cemented carbide ball, and the ball diameter is 3 mm to 10 mm. (The mass ratio was 4:8:11:20:12:8:6:1 when the ball milling balls had diameters of 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm and 9 mm).

ボールミリングが終了後、調製された内部と表面に超微細炭素が埋め込まれた鉄粉と、アルコールを混合し、超音波処理を120min加え(超音波の周波数が28KHzであった)、溶液の温度を室温に維持し、更に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超音波回転振動篩により篩分し、篩上物、即ち一次表面の炭素が除去された金属粉を残した。更に粉末を200℃で30min真空保温した後、直接液体窒素に入れて10min保温し、その後、アルコールと混合し、超音波処理を20min加え、最後に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超微粉分離用の超音波回転振動篩により篩分処理し、内部のみに超微細炭素が埋め込まれた鉄粉を得た。 After ball milling, the prepared iron powder with ultrafine carbon embedded inside and on the surface was mixed with alcohol, and ultrasonic treatment was added for 120 minutes (the ultrasonic frequency was 28 KHz), and the temperature of the solution was was maintained at room temperature, and the solution after ultrasonic treatment was vacuum-dried at 60 ° C. and then sieved with an ultrasonic rotary vibrating sieve to leave the sieved material, that is, the metal powder from which carbon on the primary surface was removed. . Further, after the powder is vacuum-retained at 200°C for 30 minutes, it is directly placed in liquid nitrogen and kept warm for 10 minutes, then mixed with alcohol, ultrasonicated for 20 minutes, and finally the solution after ultrasonication is vacuum-dried at 60°C. After that, the powder was sieved by an ultrasonic rotary vibrating sieve for ultrafine powder separation to obtain an iron powder in which ultrafine carbon was embedded only inside.

内部のみに超微細炭素が埋め込まれた鉄粉を直接室温でコールドプレスし、プレス圧力が550MPaであり、保圧時間が20sであり、調製された鉄合金圧粉体を真空保護下で加圧焼結し、1050℃で2h焼結し、圧力が0.3MPaであり、炉の昇温レートと降温レートがいずれも10~15℃/minであり、鉄基複合材料を得た。緻密度が98.5%であり、引張強度が750MPaであった。 The iron powder with ultrafine carbon embedded only inside is directly cold-pressed at room temperature, the press pressure is 550 MPa, the holding pressure time is 20 s, and the prepared iron alloy compact is pressed under vacuum protection. After sintering at 1050° C. for 2 hours, the pressure was 0.3 MPa, and the heating rate and cooling rate of the furnace were both 10 to 15° C./min to obtain an iron-based composite material. The compactness was 98.5% and the tensile strength was 750 MPa.

実施例5 Example 5

本実施例5では、市販された700℃で60min脱ガム処理された炭素短繊維及び粒子径が120ミクロンの還元鉄粉をボールミリング原料として用い、炭素繊維が体積百分率で8%であり、還元鉄粉が体積百分率で92%となるように添加され、炭素短繊維の直径が6μmであり、長さが2mmであり、両者をボールミルに添加し、高エネルギーボールミリングを行い、回転数が250r/minであり、ボールミリング時間が6hであり、ボールと材料との質量比が6:1であり、ボールミリング用ボールがステンレス鋼ボール及び超硬合金ボールであり、ボール径が3mm~10mmであった(ボールミリング用ボールの直径が3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mmである場合の質量比が4:8:11:20:12:8:6:1であった)。 In Example 5, commercially available short carbon fibers degummed at 700 ° C. for 60 minutes and reduced iron powder with a particle size of 120 microns were used as raw materials for ball milling. Iron powder is added so that the volume percentage is 92%, the diameter of carbon short fibers is 6 μm and the length is 2 mm, both are added to a ball mill, high energy ball milling is performed, and the rotation speed is 250 r / min, the ball milling time is 6 h, the mass ratio of the ball to the material is 6: 1, the ball milling ball is a stainless steel ball and a cemented carbide ball, and the ball diameter is 3 mm to 10 mm. (The mass ratio was 4:8:11:20:12:8:6:1 when the ball milling balls had diameters of 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm and 9 mm).

ボールミリングが終了後、調製された内部と表面に超微細炭素が埋め込まれた鉄粉と、アルコールを混合し、超音波処理を120min加え(超音波の周波数が28KHzであった)、溶液の温度を室温に維持し、更に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超音波回転振動篩により篩分し、篩上物、即ち一次表面の炭素が除去された金属粉を残した。更に粉末を200℃で30min真空保温した後、直接液体窒素に入れて10min保温し、その後、アルコールと混合し、超音波処理を20min加え、最後に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超微粉分離用の超音波回転振動篩により篩分処理し、内部のみに超微細炭素が埋め込まれた鉄粉を得た。 After ball milling, the prepared iron powder with ultrafine carbon embedded inside and on the surface was mixed with alcohol, and ultrasonic treatment was added for 120 minutes (the ultrasonic frequency was 28 KHz), and the temperature of the solution was was maintained at room temperature, and the solution after ultrasonic treatment was vacuum-dried at 60 ° C. and then sieved with an ultrasonic rotary vibrating sieve to leave the sieved material, that is, the metal powder from which carbon on the primary surface was removed. . Further, after the powder is vacuum-retained at 200°C for 30 minutes, it is directly placed in liquid nitrogen and kept warm for 10 minutes, then mixed with alcohol, ultrasonicated for 20 minutes, and finally the solution after ultrasonication is vacuum-dried at 60°C. After that, the powder was sieved by an ultrasonic rotary vibrating sieve for ultrafine powder separation to obtain an iron powder in which ultrafine carbon was embedded only inside.

内部のみに超微細炭素が埋め込まれた鉄粉と、粒度が150μmのフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末とを質量比98:2で配合し、V型混合機にて混合し、混合粉末を得た。得られた混合粉末を室温でコールドプレスし、プレス圧力が550MPaであり、保圧時間が20sであり、調製された鉄合金圧粉体を真空保護下で加圧焼結し、1050℃で2h焼結し、圧力が0.3MPaであり、炉の昇温レートと降温レートがいずれも10~15℃/minであり、鉄基複合材料を得た。緻密度が99.5%であり、引張強度が860MPaであった。 Iron powder in which ultrafine carbon was embedded only inside and phenol formaldehyde resin powder with a particle size of 150 μm were blended at a mass ratio of 98:2 and mixed in a V-type mixer to obtain a mixed powder. The obtained mixed powder is cold-pressed at room temperature, the press pressure is 550 MPa, the pressure holding time is 20 s, and the prepared iron alloy compact is pressure-sintered under vacuum protection, and is heated to 1050 ° C. for 2 h. After sintering, the pressure was 0.3 MPa, and the heating rate and cooling rate of the furnace were both 10 to 15° C./min to obtain an iron-based composite material. The compactness was 99.5% and the tensile strength was 860 MPa.

比較例14 Comparative example 14

本比較例14では、ボールミリングにより調製された、超微細炭素が埋め込まれたチタン粉に直接室温でプレス-真空焼結を行った以外、他の条件は実施例6と同じであり、そのプロセスについて、超音波処理及び低温-急冷処理を行わなかった以外、実施例6と同じであった。調製されたチタン基複合材料は気孔率が11%と高く、引張強度が950MPaであった。 In Comparative Example 14, the conditions were the same as in Example 6, except that the ultrafine carbon-embedded titanium powder prepared by ball milling was directly subjected to press-vacuum sintering at room temperature. was the same as Example 6, except that the ultrasonic treatment and the cold-quenching treatment were not performed. The prepared titanium-based composite material had a high porosity of 11% and a tensile strength of 950 MPa.

比較例15 Comparative example 15

本比較例15では、市販された800℃で30min脱ガム処理された炭素短繊維及び粒子径が50ミクロンのチタン合金粉(Ti-6wt%Al-2.8wt%Sn-3.5wt%Zr-0.75wt%Nb-0.35wt%Si)をボールミリング原料として用いた(チタン合金粉末と脱ガム後の炭素短繊維との体積比が5:1であった)。炭素短繊維の直径が6μmであり、長さが2mmであり、両者をボールミルに添加し、高エネルギーボールミリングを行い、回転数が250r/minであり、ボールミリング時間が12hであり、ボールミリング用ボールが超硬合金ボールであり、ボール径が3mm~9mmであり(ボールミリング用ボールの直径が3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mmである場合の質量比が4:8:11:20:12:8:6:1であった)、脱ガム短繊維とチタン合金粉末の質量和と、ボールミリング用ボールとの質量比が1:8であった。 In this Comparative Example 15, commercially available carbon short fibers degummed at 800 ° C. for 30 minutes and titanium alloy powder with a particle size of 50 microns (Ti-6 wt% Al-2.8 wt% Sn-3.5 wt% Zr- 0.75 wt% Nb-0.35 wt% Si) was used as a ball milling raw material (the volume ratio of titanium alloy powder to short carbon fibers after degumming was 5:1). The short carbon fiber has a diameter of 6 μm and a length of 2 mm. Both are added to a ball mill and subjected to high energy ball milling. The ball for ball milling is a cemented carbide ball, and the ball diameter is 3 mm to 9 mm (when the diameter of the ball milling ball is 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, and 9 mm, the mass ratio is 4:8: 11:20:12:8:6:1), and the mass ratio of the sum of the degummed short fibers and the titanium alloy powder to the balls for ball milling was 1:8.

ボールミリングが終了後、調製された内部と表面に超微細炭素が埋め込まれたチタン合金粉と、アルコールを混合し、超音波処理を120min加え(超音波の周波数が28KHzであった)、溶液の温度を室温に維持し、更に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超音波回転振動篩により篩分し、篩上物、即ち一次表面の炭素が除去された金属粉を残した。更に粉末を400℃で30min真空保温した後、直接液体窒素に入れて10min保温し、その後、アルコールと混合し、超音波処理を20min加え、最後に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超微粉分離用の超音波回転振動篩により篩分処理し、内部のみに超微細炭素が埋め込まれたチタン合金粉を得た。 After the ball milling, the prepared titanium alloy powder having ultrafine carbon embedded inside and on the surface was mixed with alcohol, and ultrasonic treatment was applied for 120 minutes (the ultrasonic frequency was 28 KHz) to obtain a solution. The temperature is maintained at room temperature, and the ultrasonically treated solution is vacuum dried at 60° C. and then sieved with an ultrasonic rotary vibrating sieve to leave the sieved material, that is, the metal powder from which carbon on the primary surface has been removed. rice field. Further, after the powder is vacuum-retained at 400°C for 30 minutes, it is directly placed in liquid nitrogen and kept warm for 10 minutes, then mixed with alcohol, ultrasonicated for 20 minutes, and finally the solution after ultrasonication is vacuum-dried at 60°C. After that, it was sieved by an ultrasonic rotary vibrating sieve for ultrafine powder separation to obtain a titanium alloy powder in which ultrafine carbon was embedded only inside.

内部のみに超微細炭素が残されたチタン合金粉を室温でコールドプレスし、プレス圧力が400MPaであり、保圧時間が20sであり、調製されたチタン基複合材料圧粉体を真空下で焼結し、1350℃で2h焼結し、炉の昇温レートと降温レートがいずれも15℃/minであり、チタン基複合材料を得た。緻密度が98%であり、引張強度が1240MPaであった。 The titanium alloy powder with ultrafine carbon remaining only inside is cold-pressed at room temperature, the press pressure is 400 MPa, the pressure holding time is 20 s, and the prepared titanium-based composite material compact is baked under vacuum. After sintering at 1350° C. for 2 hours, both the heating rate and cooling rate of the furnace were 15° C./min to obtain a titanium-based composite material. The compactness was 98% and the tensile strength was 1240 MPa.

実施例6 Example 6

本実施例6では、市販された800℃で30min脱ガム処理された炭素短繊維及び粒子径が50μmのチタン合金粉(Ti-6wt%Al-2.8wt%Sn-3.5wt%Zr-0.75wt%Nb-0.35wt%Si)をボールミリング原料として用いた(チタン合金粉末と脱ガム後の炭素短繊維との体積比が5:1であった)。炭素短繊維の直径が6μmであり、長さが2mmであり、両者をボールミルに添加し、高エネルギーボールミリングを行い、回転数が250r/minであり、ボールミリング時間が12hであり、ボールミリング用ボールが超硬合金ボールであり、ボール径が3mm~9mmであり(ボールミリング用ボールの直径が3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mmである場合の質量比が4:8:11:20:12:8:6:1であった)、脱ガム短繊維とチタン合金粉末の質量和と、ボールミリング用ボールとの質量比が1:8であった。 In Example 6, commercially available carbon short fibers degummed at 800 ° C. for 30 minutes and titanium alloy powder with a particle size of 50 μm (Ti-6 wt% Al-2.8 wt% Sn-3.5 wt% Zr-0 .75 wt% Nb-0.35 wt% Si) was used as a ball milling raw material (the volume ratio of titanium alloy powder to short carbon fibers after degumming was 5:1). The short carbon fiber has a diameter of 6 μm and a length of 2 mm. Both are added to a ball mill and subjected to high energy ball milling. The ball for ball milling is a cemented carbide ball, and the ball diameter is 3 mm to 9 mm (when the diameter of the ball milling ball is 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, and 9 mm, the mass ratio is 4:8: 11:20:12:8:6:1), and the mass ratio of the sum of the degummed short fibers and the titanium alloy powder to the balls for ball milling was 1:8.

ボールミリングが終了後、調製された内部と表面に超微細炭素が埋め込まれたチタン合金粉と、アルコールを混合し、超音波処理を120min加え(超音波の周波数が28KHzであった)、溶液の温度を室温に維持し、更に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超音波回転振動篩により篩分し、篩上物、即ち一次表面の炭素が除去された金属粉を残した。更に粉末を400℃で30min真空保温した後、直接液体窒素に入れて10min保温し、その後、アルコールと混合し、超音波処理を20min加え、最後に超音波処理後の溶液を60℃で真空乾燥した後、超微粉分離用の超音波回転振動篩により篩分処理し、内部のみに超微細炭素が埋め込まれたチタン合金粉を得た。 After the ball milling, the prepared titanium alloy powder having ultrafine carbon embedded inside and on the surface was mixed with alcohol, and ultrasonic treatment was applied for 120 minutes (the ultrasonic frequency was 28 KHz) to obtain a solution. The temperature is maintained at room temperature, and the ultrasonically treated solution is vacuum dried at 60° C. and then sieved with an ultrasonic rotary vibrating sieve to leave the sieved material, that is, the metal powder from which carbon on the primary surface has been removed. rice field. Further, after the powder is vacuum-retained at 400°C for 30 minutes, it is directly placed in liquid nitrogen and kept warm for 10 minutes, then mixed with alcohol, ultrasonicated for 20 minutes, and finally the solution after ultrasonication is vacuum-dried at 60°C. After that, it was sieved by an ultrasonic rotary vibrating sieve for ultrafine powder separation to obtain a titanium alloy powder in which ultrafine carbon was embedded only inside.

内部のみに超微細炭素が埋め込まれたチタン合金と、粒度が150μmのフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末とを質量比98:2で配合し、V型混合機にて混合し、混合粉末を得た。得られた混合粉末を室温でコールドプレスし、プレス圧力が400MPaであり、保圧時間が20sであり、調製されたチタン基複合材料圧粉体を真空下で焼結し、1350℃で2h焼結し、炉の昇温レートと降温レートがいずれも15℃/minであり、チタン基複合材料を得た。緻密度が98.8%であり、引張強度が1365MPaであった。 A titanium alloy in which ultrafine carbon was embedded only inside and phenol formaldehyde resin powder with a particle size of 150 μm were blended at a mass ratio of 98:2 and mixed in a V-type mixer to obtain a mixed powder. The obtained mixed powder was cold-pressed at room temperature, the press pressure was 400 MPa, the holding time was 20 s, and the prepared titanium-based composite material green compact was sintered under vacuum and baked at 1350 ° C. for 2 h. As a result, both the temperature rise rate and the temperature drop rate of the furnace were 15° C./min, and a titanium-based composite material was obtained. The compactness was 98.8% and the tensile strength was 1365 MPa.

実施例7 Example 7

本実施例7では、焼結プロセスが異なった以外、内部のみに超微細炭素が埋め込まれた鉄粉の調製プロセス及び混合、プレスプロセスは実施例5と同じであった。焼結プロセスでは、圧粉体を真空保護下で加圧焼結し、750℃で2h焼結し、更に1100℃まで昇温して2h焼結し、炉の昇温レートと降温レートがいずれも10~15℃/minであり、圧力が0.5MPaであり、超微細炭化鉄粒子強化鉄合金を得た。緻密度が99.2%であり、引張強度が865MPaであった。 In Example 7, the preparation process, mixing, and pressing process of the iron powder in which ultrafine carbon was embedded only inside were the same as in Example 5, except that the sintering process was different. In the sintering process, the green compact is pressure-sintered under vacuum protection, sintered at 750° C. for 2 hours, further heated to 1100° C. and sintered for 2 hours. was 10 to 15° C./min and the pressure was 0.5 MPa to obtain an iron alloy reinforced with ultrafine iron carbide particles. The compactness was 99.2% and the tensile strength was 865 MPa.

Claims (10)

化体及びマトリックス金属Aをボールミリングして表面と内部に強化体が埋め込まれた金属粉末を得、強化体が埋め込まれた金属粉末に超音波処理及び低温加熱-急冷プロセスを行い、その表面の強化粒子を除去し、予備材を得、予備材とフェノールホルムアルデヒド樹脂粉末を混合した後、プレス-焼結を行い、又は、予備材、フェノールホルムアルデヒド樹脂粉末及び粒子相Bを混合した後、プレス-焼結を行い、炭素/金属複合材料を得
前記強化体は炭素材料、炭化物から選択される少なくとも一種であり、
前記マトリックス金属Aは、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、銅、鉄、ニッケル、クロム、マンガン、銀のうちの少なくとも一種であり、
前記粒子相Bは、鉄、クロム、タングステン、炭化ケイ素、粒状黒鉛、フレーク状黒鉛、鉄-クロム合金、酸化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化チタン、硬質セラミックス、炭化タングステンのうちの一種又は複数種を任意の割合で混合したものであり、
前記超音波処理及び低温加熱-急冷プロセスの過程において、
1)強化体が埋め込まれた金属粉末をアルコールに添加して混合液を得、5min~60min超音波処理し、混合液を真空乾燥し、乾燥粉体Mを得、乾燥粉体Mを400~600メッシュの篩にかけ、一次表面の強化体が除去された金属粉である篩上物Cを得る工程と、
2)工程1で得られた篩上物Cを真空条件下で150~300℃で30min~60min熱処理した後、液体窒素に入れて5~10min保温処理し、処理後の篩上物Cをアルコールに添加してスラリーを得、10min~30min超音波処理し、スラリーを真空乾燥した後、乾燥粉体Nを得、乾燥粉体Nを400~600メッシュの篩にかけ、内部のみに強化体が埋め込まれた金属粉末である篩上物Dを得る工程であって、前記篩上物Dが予備材である工程と、
を含む、
ことを特徴とする金属材料又は金属複合材料の調製方法。
strengthThe metal powder with the reinforcing body embedded in the surface and inside is obtained by ball milling the hardened body and the matrix metal A, and the metal powder with the reinforcing body embedded is subjected to ultrasonic treatment and low-temperature heating-quenching process to obtain the surface. After removing the reinforcing particles to obtain a preliminary material, mixing the preliminary material and the phenol formaldehyde resin powder, press-sintering is performed, or after mixing the preliminary material, the phenol formaldehyde resin powder and the particle phase B, press- sintered to obtain a carbon/metal composite,
The reinforcing body is at least one selected from carbon materials and carbides,
The matrix metal A is at least one of aluminum, titanium, zirconium, copper, iron, nickel, chromium, manganese and silver,
The particulate phase B is any one or more of iron, chromium, tungsten, silicon carbide, granular graphite, flake graphite, iron-chromium alloy, aluminum oxide, silicon carbide, titanium carbide, hard ceramics, and tungsten carbide. is a mixture of
During the sonication and low temperature heating-quenching process,
1) Add the metal powder embedded with the reinforcing body to alcohol to obtain a mixed liquid, sonicate for 5 min to 60 min, vacuum dry the mixed liquid to obtain a dry powder M, and dry powder M is 400 to A step of sieving through a 600-mesh sieve to obtain a sieved material C, which is a metal powder from which the reinforcement on the primary surface has been removed;
2) After heat-treating the sieved material C obtained in step 1 at 150 to 300° C. for 30 to 60 minutes under vacuum conditions, place it in liquid nitrogen and heat-treat it for 5 to 10 minutes. to obtain a slurry, sonicate for 10-30 minutes, vacuum-dry the slurry, obtain a dry powder N, sift the dry powder N through a 400-600 mesh sieve, and embed the reinforcement only inside a step of obtaining a sieved material D that is a metal powder that has been filtered, wherein the sieved material D is a preliminary material;
including,
A method for preparing a metal material or a metal composite material, characterized by:
前記炭素材料は、0次元、1次元、2次元、3次元炭素材料のうちの少なくとも一種である、ことを特徴とする請求項に記載の金属材料又は金属複合材料の調製方法。 The method for preparing a metal material or metal composite material according to claim 1 , wherein the carbon material is at least one of 0-dimensional, 1-dimensional, 2-dimensional and 3-dimensional carbon materials. 前記炭素材料は、粒状黒鉛、炭素繊維、炭素繊維の破砕後の炭素粒子のうちの一種又は複数種を任意の割合で混合したものである、ことを特徴とする請求項2に記載の金属材料又は金属複合材料の調製方法。 3. The metal material according to claim 2, wherein the carbon material is a mixture of one or more of granular graphite, carbon fibers, and carbon particles after pulverization of carbon fibers in an arbitrary ratio. Or a method for preparing metal composites. 前記炭素材料は脱ガム後の炭素短繊維であり、前記脱ガム後の炭素短繊維の調製方法として、保護雰囲気下で炭素短繊維束を650~800℃まで加熱し、20~90min保温処理し、脱ガム後の炭素短繊維を得る、ことを特徴とする請求項に記載の金属材料又は金属複合材料の調製方法。 The carbon material is carbon short fibers after degumming, and as a method for preparing the carbon short fibers after degumming, the short carbon fiber bundle is heated to 650 to 800° C. under a protective atmosphere and heat-retained for 20 to 90 minutes. , obtaining short carbon fibers after degumming. 前記炭素材料はフェノールホルムアルデヒド樹脂でコーティングされた炭素材料である、ことを特徴とする請求項に記載の金属材料又は金属複合材料の調製方法。 4. The method for preparing a metal material or metal composite material according to claim 3 , wherein the carbon material is a carbon material coated with phenol-formaldehyde resin. 前記マトリックス金属Aは、銅、アルミニウム、チタン、ニッケルのうちの少なくとも一種である、ことを特徴とする請求項1に記載の金属材料又は金属複合材料の調製方法。 The method for preparing a metallic material or metallic composite material according to claim 1, characterized in that said matrix metal A is at least one of copper, aluminum, titanium and nickel. 前記予備材と前記フェノールホルムアルデヒド樹脂粉末との質量比が20~99.5:0.5~2である、ことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の金属材料又は金属複合材料の調製方法。 The metal material or metal according to any one of claims 1 to 6 , wherein the mass ratio of the preliminary material and the phenol formaldehyde resin powder is 20 to 99.5:0.5 to 2. Methods of preparing composite materials. 原料に前記粒子相Bが含まれる場合、前記予備材、前記フェノールホルムアルデヒド樹脂粉末及び前記粒子相Bの質量比が20~99.5:0.5~2:0.5~78である、ことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の金属材料又は金属複合材料の調製方法。 When the raw material contains the particle phase B, the mass ratio of the preliminary material, the phenol-formaldehyde resin powder and the particle phase B is 20 to 99.5:0.5 to 2:0.5 to 78. A method for preparing a metal material or metal composite material according to any one of claims 1 to 6 , characterized in that 混合後の混合材をコールドプレス成形した後、圧粉体を得、更に保護雰囲気又は真空や保護雰囲気で加圧する条件下で焼結し、炭素/金属複合材料を得、あるいは、混合粉末を直接ホットプレスし、炭素/金属複合材料を得る工程を含み、
コールドプレス成形過程のプレス圧力が200~600MPaであり、保圧時間が20~30sであり、圧粉体焼結過程の温度がマトリックス金属の融点の60%~80%であり、保温時間が0.5~3hであり、圧力が0~1MPaであり、
ホットプレス過程の単位圧力が200~600MPaであり、温度がマトリックス金属の融点の60%~80%であり、保温保圧時間が2~90minである、ことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の金属材料又は金属複合材料の調製方法。
After cold-pressing the mixed material after mixing, a green compact is obtained, and then sintered under a protective atmosphere or under pressure in a vacuum or a protective atmosphere to obtain a carbon/metal composite material, or the mixed powder is directly hot pressing to obtain a carbon/metal composite,
The press pressure in the cold press molding process is 200 to 600 MPa, the holding pressure time is 20 to 30 s, the temperature in the compact sintering process is 60% to 80% of the melting point of the matrix metal, and the heat retention time is 0. .5 to 3 h, the pressure is 0 to 1 MPa,
The unit pressure in the hot pressing process is 200 to 600 MPa, the temperature is 60% to 80% of the melting point of the matrix metal, and the heat and pressure holding time is 2 to 90 minutes. A method for preparing a metallic material or metallic composite material according to any one of claims 1 to 3.
得られた炭素/金属複合材料の緻密度が99%以上である、ことを特徴とする請求項1~のいずれか一項に記載の金属材料又は金属複合材料の調製方法。 7. The method for preparing a metal material or metal composite material according to any one of claims 1 to 6 , characterized in that the obtained carbon/metal composite material has a density of 99% or more.
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