RU2244036C2 - Металломатричный композит - Google Patents
Металломатричный композит Download PDFInfo
- Publication number
- RU2244036C2 RU2244036C2 RU2003106138/02A RU2003106138A RU2244036C2 RU 2244036 C2 RU2244036 C2 RU 2244036C2 RU 2003106138/02 A RU2003106138/02 A RU 2003106138/02A RU 2003106138 A RU2003106138 A RU 2003106138A RU 2244036 C2 RU2244036 C2 RU 2244036C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- silicon carbide
- nano
- reinforcing
- metal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к композиционным материалам, в частности к металло-матричным композитам. Может применяться в электротехнике, машиностроении, электронике и др. Предложен металло-матричный композит, содержащий медную матрицу, упрочняющие элементы из карбида кремния и упрочняющие частицы нано-алмазного порошка. Отношение объемного содержания элементов из карбида кремния к объемному содержанию частиц нано-алмазного порошка составляет 0,5-5. Техническим результатом является повышение твердости, изностойкости и прочностных характеристик. 2 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к композиционным материалам, а именно к такому их виду как металло-матричные композиты. Данный материал может применяться в различных отраслях техники, например в электротехнике, машиностроении (включая автомобилестроение), электронике и др.
Известны металло-матричные композиты, состоящие из алюминиевой матрицы и усиливающих элементов в виде порошка карбида кремния [Axel Kolsgaard, Stig Brusethaug Settling of SiC particles in an AISi7Mg melt. Materials Science and Engineering, A173 (1993) 213-219]. Однако такой металло-матричный композит не обладает максимально высокой электропроводностью.
Известен также металло-матричный композит, содержащий медную матрицу и упрочняющие элементы из карбида кремния (патент РФ RU 2017852 С1, МПК 7 С 22 С 32/00, опубликованный 15.08.1994, 3 стр.). Такой металло-матричный композит обладает повышенной прочностью и повышенной износостойкостью по сравнению с обычной медью, но износ все-таки является заметным, а твердость и прочность не находятся на достаточно высоком уровне.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков и достижение технического результата, заключающегося в повышении прочностных характеристик, твердости и износостойкости металло-матричного композита за счет увеличения количества упрочняющих элементов высокой твердости и чрезвычайно малого размера.
Указанный технический результат достигается тем, что металло-матричный композит, содержащий медную матрицу и упрочняющие элементы из карбида кремния, согласно изобретению, дополнительно содержит упрочняющие частицы нано-алмазного порошка, при этом отношение объемного содержания упрочняющих элементов из карбида кремния к объемному содержанию упрочняющих частиц нано-алмазного порошка составляет 0,5-5.
Согласно изобретению, возможно, что металло-матричный композит содержит упрочняющие частицы из карбида кремния, средний характерный размер которых в 10-10000 раз превышает средний характерный размер упрочняющих частиц нано-алмазного порошка.
Согласно изобретению, возможно, что в металло-матричном композите нано-алманый порошок размещен в приповерхностной области на глубине 0,5-500 средних характерных размеров упрочняющих частиц из карбида кремния.
Металло-матричный композит, содержащий медную матрицу и упрочняющие элементы из карбида кремния, согласно изобретению дополнительно содержит упрочняющие частицы нано-алмазного порошка, при этом отношение объемного содержания упрочняющих элементов из карбида кремния к объемному содержанию упрочняющих частиц нано-алмазного порошка составляет 0,5-5. Нано-алмазный порошок вследствие высокой твердости отдельных частиц и их малых размеров обеспечивает высокую износостойкость. Малые размеры нано-алмазных частиц не позволяют при трении зацепить их и выдернуть их из матрицы. Комбинация частиц карбида кремния и нано-алмазных частиц позволяет получить равномерно прочную и твердую поверхность изделия. Отсутствуют участки мягкой матрицы на поверхности изделия. Отношение объемного содержания упрочняющих частиц из карбида кремния к объемному содержанию упрочняющих частиц нано-алмазного порошка выбирается равным 0,5-5 по следующим соображениям. Эти соотношения относятся к тем участкам, в которых присутствуют оба компонента. При меньшем соотношении не достигается требуемая прочность и твердость материала, что не позволяет выравнить свойства материала по поверхности. Увеличение содержания нано-алмазного порошка приводит к появлению участков контакта между нано-алмазными частицами и между карбидом кремния и алмазными частицами без металлической прослойки, что снижает прочность и износостойкость.
Металло-матричный композит содержит упрочняющие частицы из карбида кремния со средним характерным размером в 10-10000 раз больше среднего характерного размера упрочняющих частиц нано-алмазного порошка. Если разница в размерах будет менее 10, то пропадет эффект от применения нано-порошка из алмазов, так как размеры частиц станут соизмеримыми. При увеличении размера частиц карбида кремния более чем в 10000 размеров нано-алмазных частиц, неоднородность свойств на поверхности становится настолько высокой, что применение нано-алмазных порошков становится неэффективным.
В металло-матричном композите нано-алманый порошок может быть размещен в приповерхностной области на глубине 0,5-500 средних характерных размеров упрочняющих частиц из карбида кремния. Так как нано-алмазный порошок имеет высокую стоимость, а требуется он в основном для выравнивания свойств материала по поверхности, то целесообразным является применение его только в приповерхностных слоях. Если этот слой будет меньше 0,5 среднего характерного размера частицы карбида кремния, то эффективность его применения будет низкой, так как упрочнения слоя металла, удерживающего частицу, не произойдет. Нано-алмазные частицы, находящиеся на глубине более 500 средних характерных размеров упрочняющих частиц из карбида кремния, не оказывают воздействия на распределение прочностных характеристик на поверхности.
Пример 1
Металло-матричный композит, содержащий медную матрицу и усиливающие элементы в виде частиц карбида кремния и нано-алмазного порошка, был изготовлен методами порошковой металлургии с применением нано-технологий. Усиливающими элементами служили частицы карбида кремния со средним размером 50 мкм, процентное содержание которых составляло 10% (объемных), и частицы нано-алмазного порошка размером 5 нм, процентное содержание которых составляло 20% (объемных). То есть размер частиц карбида кремния превышает размер частиц нано-алмазного порошка в 10000 раз, а отношение объемного содержания упрочняющих частиц из карбида кремния к объемному содержанию упрочняющих частиц нано-алмазного порошка равно 0,5. Матрица была выполнена из меди Мо. Для получения матрицы применили нано-порошок меди размером 150 нм, полученный методом взрыва проволоки. Металло-матричный композит обладает высокими прочностными характеристиками и высокой износостойкостью.
Пример 2
Металло-матричный композит, содержащий медную матрицу и усиливающие элементы в виде коротких волокон из карбида кремния и нано-алмазного порошка, был изготовлен методами порошковой металлургии с применением нано-технологий. Усиливающими элементами служили короткие волокна диаметром 70 нм из карбида кремния, процентное содержание которых составляло 25% (объемных), и частицы нано-алмазного порошка размером 7 нм, процентное содержание которых составляло 5% (объемных). То есть характерный размер (диаметр) упрочняющих элементов из карбида кремния превышает размер частиц нано-алмазного порошка в 10 раз, а отношение объемного содержания упрочняющих частиц из карбида кремния к объемному содержанию упрочняющих частиц нано-алмазного порошка равно 5. Матрица была выполнена из меди Мо. Для получения матрицы применили нано-порошок меди размером 150 нм, полученный методом взрыва проволоки. Металло-матричный композит обладает высокими прочностными характеристиками и высокой износостойкостью.
Пример 3
Металло-матричный композит, содержащий медную матрицу и усиливающие элементы в виде частиц карбида кремния и нано-алмазного порошка, был изготовлен методами порошковой металлургии с применением нано-технологий. Усиливающими элементами служили распределенные по всему объему материала частицы карбида кремния со средним размером 10 мкм, процентное содержание которых составляло 15% (объемных), и частицы нано-алмазного порошка размером 5 нм. Частицы нано-алмазного порошка размещались только в приповерхностном слое толщиной 5 мм при процентном содержании 15% (объемных). То есть размер частиц карбида кремния превышает размер частиц нано-алмазного порошка в 2000 раз; отношение объемного содержания упрочняющих частиц из карбида кремния к объемному содержанию упрочняющих частиц нано-алмазного порошка равно 1; а глубина приповерхностной области составляет 500 средних характерных размеров упрочняющих частиц из карбида кремния. Матрица была выполнена из меди Мо. Металло-матричный композит обладает высокими прочностными характеристиками и высокой износостойкостью.
Claims (3)
1. Металломатричный композит, содержащий медную матрицу и упрочняющие элементы из карбида кремния, отличающийся тем, что он дополнительно содержит упрочняющие частицы наноалмазного порошка, при этом отношение объемного содержания упрочняющих элементов из карбида кремния к объемному содержанию упрочняющих частиц наноалмазного порошка составляет 0,5-5.
2. Металломатричный композит по п.1, отличающийся тем, что средний характерный размер упрочняющих элементов из карбида кремния в 10-10000 раз превышает средний характерный размер упрочняющих частиц наноалмазного порошка.
3. Металломатричный композит по п.1, отличающийся тем, что наноалмазный порошок размещен в приповерхностной зоне на глубине 0,5-500 средних характерных размеров упрочняющих элементов из карбида кремния.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003106138/02A RU2244036C2 (ru) | 2003-03-05 | 2003-03-05 | Металломатричный композит |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003106138/02A RU2244036C2 (ru) | 2003-03-05 | 2003-03-05 | Металломатричный композит |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003106138A RU2003106138A (ru) | 2004-09-20 |
| RU2244036C2 true RU2244036C2 (ru) | 2005-01-10 |
Family
ID=34880940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003106138/02A RU2244036C2 (ru) | 2003-03-05 | 2003-03-05 | Металломатричный композит |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2244036C2 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2456360C1 (ru) * | 2011-01-11 | 2012-07-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Композиционный материал с наноразмерными компонентами для предотвращения биообрастания |
| RU2456361C1 (ru) * | 2011-01-11 | 2012-07-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Металломатричный композит |
| RU2536847C2 (ru) * | 2009-06-03 | 2014-12-27 | Виланд-Верке Аг | Способ производства композиционного материала с металлической матрицей |
| EP2886227A1 (en) | 2013-12-17 | 2015-06-24 | Rigas Tehniska universitate | Composite material with hollow spheres having ferromagnetic properties, a method and device for manufacturing thereof |
| CN112974809A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种金刚石/铜复合材料表面覆铜的方法 |
-
2003
- 2003-03-05 RU RU2003106138/02A patent/RU2244036C2/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2536847C2 (ru) * | 2009-06-03 | 2014-12-27 | Виланд-Верке Аг | Способ производства композиционного материала с металлической матрицей |
| RU2456360C1 (ru) * | 2011-01-11 | 2012-07-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Композиционный материал с наноразмерными компонентами для предотвращения биообрастания |
| RU2456361C1 (ru) * | 2011-01-11 | 2012-07-20 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Металломатричный композит |
| EP2886227A1 (en) | 2013-12-17 | 2015-06-24 | Rigas Tehniska universitate | Composite material with hollow spheres having ferromagnetic properties, a method and device for manufacturing thereof |
| CN112974809A (zh) * | 2021-02-05 | 2021-06-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种金刚石/铜复合材料表面覆铜的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sharma et al. | Friction stir processing of Al6061-SiC-graphite hybrid surface composites | |
| Chu et al. | Fabrication and effective thermal conductivity of multi-walled carbon nanotubes reinforced Cu matrix composites for heat sink applications | |
| CN101273151B (zh) | 细粒状多晶磨蚀材料 | |
| de Oliveira et al. | Processing and characterization of impregnated diamond cutting tools using a ferrous metal matrix | |
| CN1019879C (zh) | 经多种金属涂覆的超耐磨磨料和其制造方法 | |
| Raj et al. | Effect of graphene addition on the mechanical characteristics of AA7075 aluminium nanocomposites | |
| Mussatto et al. | Evaluation via powder metallurgy of nano-reinforced iron powders developed for selective laser melting applications | |
| CN106660887A (zh) | 碳复合材料 | |
| EP1881943A1 (en) | Fabrication methods of metal/polymer/ceramic matrix composites containing randomly distributed or directionally aligned nanofibers | |
| Bulut et al. | Determination of matrix composition for diamond cutting tools according to the hardness and abrasivity properties of rocks to be cut | |
| RU2244036C2 (ru) | Металломатричный композит | |
| Saheb | Sintering behavior of CNT reinforced Al6061 and Al2124 nanocomposites | |
| KR20210008147A (ko) | 소결된 다결정성 입방정 질화 붕소 물질 | |
| Loginov et al. | Hybrid metallic nanocomposites for extra wear-resistant diamond machining tools | |
| Alam et al. | Advancements in aluminum matrix composites reinforced with carbides and graphene: A comprehensive review | |
| JP2766661B2 (ja) | ボロン処理硬質金属 | |
| Islak et al. | The effects of the CNF ratio on the microstructure, corrosion, and mechanical properties of CNF-reinforced diamond cutting tool | |
| Vasanth Kumar et al. | Impact of silicon carbide particles weight percentage on the microstructure, mechanical behaviour, and fractography of Al2014 alloy composites | |
| Singla et al. | Magnesium-based nanocomposites synthesized using friction stir processing: an experimental study | |
| Sonker et al. | Experimental research and effect on mechanical and wear properties of aluminium based composites reinforced with Zn/Sic particles | |
| NB et al. | Enhancement of thermal and mechanical properties of novel micro-wear debris reinforced epoxy composites | |
| Azina | Diamond-based multimaterials for thermal management applications | |
| Sahoo et al. | Effect of ball milling and subsequent size reduction of graphite flakes on the surface mechanical properties of graphitized Al-1100 alloy | |
| Puchý et al. | Graphene nanoplatelets reinforced aluminum alloy matrix composites produced by spark plasma sintering. | |
| Shankar et al. | Investigating the significance of SiC particle size on the mechanical properties of Cu-6Sn-SiC composite |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090306 |