一种SiC/Cu复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种SiC/Cu复合材料及其制备方法，所述复合材料的连续相为玻璃相，SiC颗粒、Cu颗粒均匀地被包裹在玻璃相中。本发明专利技术的SiC/Cu复合材料，玻璃相填充于SiC颗粒和Cu颗粒之间，避免了颗粒之间的接触；低温玻璃相在SiC颗粒、Cu颗粒表面形成界面层，能有效改善SiC/Cu复合材料的界面结合特性，解决了熔融Cu和SiC两相之间不润湿且在高温下容易发生界面反应的问题，增强了界面的结合力，提高了复合材料的硬度和抗弯强度，使复合材料获得良好且稳定的综合力学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于陶瓷金属复合材料
，具体涉及一种SiC/Cu复合材料，同时还涉及一种SiC/Cu复合材料的制备方法。
技术介绍
结构-功能一体化的SiC/Cu高性能复合材料是一种具有广阔应用前景的新型材料。但是由于SiC和Cu晶格类型的差异，导致熔融Cu和SiC两相之间存在不润湿、分散均匀性差等一系列问题，并且在复合材料烧结过程中容易发生界面反应，严重影响了SiC/Cu复合材料综合性能的提升。目前，有大量关于陶瓷-金属复合材料的界面改性的文献研究，以改善碳化硅颗粒增强相与金属基体的界面结合和分散均匀性，但陶瓷-金属复合材料的综合性能提高较为有限，不能满足使用的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种SiC/Cu复合材料，解决现有SiC/Cu复合材料的综合性能差，不能满足使用需求的问题。本专利技术的第二个目的是提供一种SiC/Cu复合材料的制备方法。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种SiC/Cu复合材料，所述复合材料的连续相为玻璃相，SiC颗粒、Cu颗粒均匀地被包裹在玻璃相中。所述SiC颗粒的尺寸为5～15μm。所述Cu颗粒的尺寸为10～30μm。所述复合材料中，SiC、Cu与玻璃相的体积比为1:(0.5～1.5):(0.1～0.6)。所述玻璃相的成分为SiO2、B2O3和Na2O；SiO2、B2O3与Na2O的质量比为0.5:(0.1～0.3):(0.2～0.4)。该成分玻璃相的玻璃化温度与复合材料的烧结温度相匹配，能同步形成流动性较好的玻璃相。所述玻璃相的密度为2.3～2.5g/cm3。一种上述的SiC/Cu复合材料的制备方法，包括下列步骤：1)将SiC粉与Cu粉混合、过筛后，加热使Cu颗粒表面氧化形成一层Cu2O，得混合粉体A；2)采用溶胶凝胶法使步骤1)所得混合粉体A的颗粒表面分别包裹一层非晶态SiO2，得混合粉体B；3)将步骤2)所得混合粉体B与B2O3的前驱体、Na2O的前驱体混合，得混合粉体C；4)采用真空热压烧结法对步骤3)所得混合粉体C进行烧结，即得玻璃相为连续相的SiC/Cu复合材料。步骤1)中所述过筛为过200目筛网。过筛的次数至少为3遍。步骤1)中所述加热是指加热至温度为150～250℃并保温10～30min。步骤2)中所述溶胶凝胶法为：将SiO2前驱体、步骤1)所得混合粉体A分散于乙醇水溶液中，得混合物A；调节混合物A的pH为2，在45℃条件下搅拌，使SiO2前驱体完全水解形成SiO2溶胶，再调节溶胶的pH值为9，继续搅拌得复合凝胶体；将复合凝胶体过滤、干燥并过筛后，得混合粉体B。所述SiO2前驱体为正硅酸乙酯(TEOS)。所述正硅酸丁酯、乙醇、水的体积比为23:35:3。上述溶胶凝胶法中，所述过滤为真空抽滤；所述干燥为真空干燥；所述过筛为过120筛网；过筛的次数至少为3次。所述真空干燥的温度为75～85℃，时间为4～8h。优选的，所述真空干燥的温度为80℃，时间为6h。步骤3)中，所述B2O3的前驱体为H3BO3；所述Na2O的前驱体为Na2CO3。步骤3)中所述混合为研磨混合，研磨的时间为至少10min。步骤4)中所述真空热压烧结法为：将混合粉体C在常温、30～40MPa条件下预压3～10min，卸压后，以20℃/min的升温速度升温至700～850℃并保温1～2小时，后加压20～50MPa并保温保压15～60min，随炉冷却后即得。所述真空热压烧结法中，升温至700～850℃并保温1～2小时过程中，不对处理样品进行加压，使玻璃相在无压条件下充分流动。所述制备方法中，如直接将Cu氧化，Cu氧化时容易结块，导致氧化不均匀；将SiC与Cu混合后，氧化时能很好地防止Cu结块，Cu氧化更均匀。本专利技术的SiC/Cu复合材料，连续相为玻璃相，SiC颗粒、Cu颗粒均匀地被包裹在玻璃相中，玻璃相填充于SiC颗粒和Cu颗粒之间，避免了颗粒之间的接触；低温玻璃相在SiC颗粒、Cu颗粒表面形成界面层，能有效改善SiC/Cu复合材料的界面结合特性，避免了熔融Cu和SiC两相之间不润湿且在高温下容易发生界面反应的问题，增强了界面的结合力，提高了复合材料的硬度和抗弯强度，使复合材料获得良好且稳定的综合力学性能。本专利技术的SiC/Cu复合材料的制备方法，采用加热氧化、溶胶凝胶包裹非晶态SiO2、真空热压烧结的工艺，通过一步包裹、直接烧结法制备SiC/Cu复合材料，通过在SiC颗粒和Cu颗粒表面包裹低温玻璃相作为界面层，能有效改善SiC/Cu复合材料界面结合特性；一方面对Cu颗粒进行表面氧化，不仅可以有效改善SiO2对Cu颗粒的包裹效果，并且形成的Cu2O能够参与玻璃相的形成，有利于玻璃相对Cu颗粒的润湿；另一方面，热压烧结过程中的无压烧结阶段能够保证玻璃相的生成和充分流动，并填充于SiC和Cu颗粒之间，避免颗粒之间的接触，使复合材料获得良好且稳定的综合力学性能；再者，本专利技术的制备方法工艺简单，操作简便，能大大缩短生产周期，降低生产成本，适合大规模工业化生产。附图说明图1为实施例1的制备方法中各步骤所得不同样品的XRD图，其中a为原料SiC粉与Cu粉的均匀混合粉体；b为混合粉体A；c为混合粉体B；d为混合粉体C；e为玻璃相为连续相的SiC/Cu复合材料；图2为实施例1的制备方法中各步骤所得不同粉体的SEM图，其中a为原料SiC粉与Cu粉的均匀混合粉体；b为混合粉体B；图3为实施例1所得SiC/Cu复合材料抛光面的SEM图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。实施例1本实施例的SiC/Cu复合材料，连续相为玻璃相，SiC颗粒、Cu颗粒均匀地被包裹在玻璃相中。所述复合材料中，SiC、Cu与玻璃相的体积比为1:1:0.6；所述玻璃相的成分为SiO2、B2O3和Na2O，SiO2、B2O3与Na2O的质量比为0.5:0.2:0.3；所述玻璃相的密度为2.4g/cm3。所述SiC颗粒的尺寸为5～15μm；所述Cu颗粒的尺寸为10～30μm。本实施例的SiC/Cu复合材料的制备方法，包括下列步骤：1)将SiC粉与Cu粉按体积比为1:1研磨混合均匀，过200目筛网3遍后，在马弗炉中加热至200℃并保温20min，使Cu颗粒表面氧化形成一层Cu2O，得混合粉体A；2)采用溶胶凝胶法使步骤1)所得混合粉体A的颗粒表面分别包裹一层非晶态SiO2，具体为：按照复合材料中SiC与玻璃相的体积比为1:0.6，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiC/Cu复合材料，其特征在于：所述复合材料的连续相为玻璃相，SiC颗粒、Cu颗粒均匀地被包裹在玻璃相中。

【技术特征摘要】
1.一种SiC/Cu复合材料，其特征在于：所述复合材料的连续相为玻璃相，SiC颗粒、
Cu颗粒均匀地被包裹在玻璃相中。
2.根据权利要求1所述的SiC/Cu复合材料，其特征在于：所述复合材料中，SiC、
Cu与玻璃相的体积比为1:(0.5～1.5):(0.1～0.6)。
3.根据权利要求1或2所述的SiC/Cu复合材料，其特征在于：所述玻璃相的成分为
SiO2、B2O3和Na2O；SiO2、B2O3与Na2O的质量比为0.5:(0.1～0.3):(0.2～0.4)。
4.根据权利要求3所述的SiC/Cu复合材料，其特征在于：所述玻璃相的密度为2.3～
2.5g/cm3。
5.一种如权利要求1所述的SiC/Cu复合材料的制备方法，其特征在于：包括下列步
骤：
1)将SiC粉与Cu粉混合、过筛后，加热使Cu颗粒表面氧化形成一层Cu2O，得混合
粉体A；
2)采用溶胶凝胶法使步骤1)所得混合粉体A的颗粒表面包裹一层非晶态SiO2，得
混合粉体B；
3)将步骤2)所得混合粉体B与B2O3的前驱体、Na2O的前驱体混合，得混合粉体C；
4)采用真空热压烧结法对步骤3)所得混合粉体C进行烧结，即得玻璃相为连续相的
SiC/Cu复合材料。
6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锐，范冰冰，邵刚，王晨阳，宋博震，郭晓琴，李春光，孙冰，高前程，解亚军，管可可，
申请(专利权)人：郑州航空工业管理学院，
类型：发明
国别省市：河南;41