一种碳化硅陶瓷-金属复合材料制品及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅陶瓷

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅陶瓷
‑
金属复合材料制品及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料
，尤其涉及一种碳化硅陶瓷
‑
金属复合材 料制品及其制备方法。

技术介绍

[0002]金属陶瓷复合材料是一种重要的先进复合材料，结合了金属材料的抗 热震性和韧性强与陶瓷材料的强度高、耐热性强、耐腐蚀等特点，而碳化 硅陶瓷基体和其他陶瓷材料相比具有优异的性能，其硬度仅次于金刚石和 氮化硼，比量不到铁的二分之一，同时具有耐高温、抗腐蚀、抗磨损、自 润滑、，以及热稳定性、抗氧化性以及高温强度高等特殊性能，因此碳化硅 陶瓷基复合材料适于作为各种特殊用途的结构材料，在机械、化工、电子、 航天、核能等领域具有极为广阔的应用前景。但金属碳化硅陶瓷基复合材 料的加工工艺复杂，生产成本高，主要源于碳化硅晶体与金属的晶相界面 结合难度低，碳化硅烧结过程中会发生晶型转换以及体积收缩等特点，会 导致材料加工过程中存在结合界面缺陷、加工精度低、后加工难度大等问 题，所以金属碳化硅陶瓷基复合材料多采用粉末冶金工艺，生产结构简单、 构型小的器件，影响了材料的应用场景。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种耐高温、硬 度高、耐酸碱和光洁度好碳化硅陶瓷
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金属复合材料制品及其制备方法。
[0004]本专利技术的一种碳化硅陶瓷
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金属复合材料制品的制备方法，包括如下 步骤：
[0005]S1：将粉体和粘结剂混合后进行球形化造粒处理；
[0006]S2：将步骤S1得到的球形材料通过3D打印机成型，制成生胚；
[0007]S3：将步骤S2得到的生胚，放入真空脱脂烧结炉中，进行氮气保护 及充入气态硅，烧结得碳化硅陶瓷
‑
金属复合材料制品；
[0008]其中，所述粉体包括碳化硅粉末和金属粉末，所述金属粉末包括铁粉 或羟基铁粉。
[0009]进一步的，所述金属粉末还包括钨粉、钛粉、铌粉、钽粉中的一种或 多种。
[0010]进一步的，所述碳化硅粉末和金属粉末的质量比为19:1～7:3。
[0011]进一步的，所述金属粉末中，铁粉或羟基铁粉的含量为80％～100％。
[0012]进一步的，步骤S1之前还包括预处理步骤，所述预处理步骤：将粉 体熔炼，得到金属混合液，然后雾化、干燥和筛分处理，得到球形材料。 预处理解决了团聚与分散的问题，再利用3D打印成型结合粉末冶金的工 艺，通过反应烧结的陶瓷生长过程来解决铁基金属与碳化硅陶瓷材料的复 合，从而形成铁基金属在与碳化硅的完美弥合，生成综合了铁基金属与碳 化硅陶瓷优异性能的复合材料制品与构件，并且可以进行工业化生产和推 广。
[0013]进一步的，粘结剂包括酚醛树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂任意一种或 多种，所述粉体与粘结剂与的质量比为19:1～18:1。
[0014]进一步的，所述碳化硅由粉石英矿和碳粉加热反应生成，所述碳化硅 的粒度≤50μm，纯度≥99.5％，所述金属粉末为粒度≤20μm，纯度≥ 99.5％。
[0015]进一步的，步骤S3中，先逐步升温至1400
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1750℃，升温过程中，进 行氮气保护及充入气态硅，保持温度1750℃进行1～2小时烧结，然后在 氮气保护下逐降温至1400℃；然后停止氮气保护，逐步降温至200℃；然 后停止抽真空，并进行风冷降温至80℃。升温过程中，进行氮气保护及 充入气态硅，树脂在生胚中热解成碳(如果用羟基铁粉替代铁粉时，也会 热解出CO)，与气态硅原位进行反应烧结生成碳化硅，金属粉末为铁粉/ 羟基铁粉与钨粉、钛粉、铌粉、钽粉中的一种、几种或全部品种混合的金 属粉末时，热解的碳会与钨粉、钛粉、铌粉、钽粉生成碳化钨、碳化钛、 碳化铌、碳化钽，使生胚脱脂、烧结、并致密化。
[0016]进一步的，步骤S1造粒处理得到的球形材料，球形度≥90％、粒度 ≤10μm。
[0017]一种采用上述的制备方法制备的碳化硅陶瓷
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金属复合材料制品。
[0018]本专利技术制备的金属碳化硅陶瓷基复合材料制品致密度达到99％以上， 研磨后可形成镜面，光洁度好；硬度高，超过碳化钨合金；耐高温，3000℃ 内不变化；耐酸碱。运用这种生产方法可以生产复杂、大型的金属碳化硅 陶瓷基复合材料制品及构件，可应用来制作超硬合金刀具、耐磨刹车片等， 以及在石油化工、冶金冶炼、航天航空、军工武器等行业有广泛用途。
具体实施方式
[0019]以下是本专利技术的具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步的描述，但本专利技术并不限于这些实施例。
[0020]实施例1
[0021]本专利技术的一种碳化硅陶瓷
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金属复合材料制品的制备方法，包括如下 步骤：
[0022]S1：将粉体和粘结剂混合后进行球形化造粒处理；
[0023]其中，粉体和粘结剂的质量比为19:1；粘结剂为酚醛树脂；
[0024]粉体碳化硅粉末和金属粉末，金属粉末包括铁粉，碳化硅粉末和金属 粉末的比例为19:1。
[0025]S2：将步骤S1得到的球形材料通过金属粉末3D打印机成型，制成 生胚；
[0026]S3：将步骤S2得到的生胚，放入真空脱脂烧结炉中，先逐步升温至 1400
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1750℃，升温过程中，进行氮气保护及充入气态硅，保持温度1750℃ 进行1～2小时烧结，然后在氮气保护下逐降温至1400℃；然后停止氮气 保护，逐步降温至200℃；然后停止抽真空，并进行风冷降温至80℃，可 以打开炉门，待自然冷却后取出烧结物，得碳化硅陶瓷
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金属复合材料制 品。
[0027]实施例2
[0028]步骤S1中，金属粉末只包括羟基铁粉，其他工艺参数与实施例1相 同。
[0029]实施例3
[0030]步骤S1中，金属粉末包括铁粉和钨粉，铁粉占金属粉末的质量比为 80％，其他工艺参数与实施例1相同。
[0031]实施例4
[0032]步骤S1中，金属粉末包括铁粉、钨粉、钛粉、铌粉和钽粉，铁粉占 金属粉末的质量
比为80％，其他工艺参数与实施例1相同。
[0033]实施例5
[0034]步骤S1中，金属粉末包括羟基铁粉、钨粉、钛粉、铌粉和钽粉，羟 基铁粉占金属粉末的质量比为90％，其他工艺参数与实施例1相同。
[0035]实施例6
[0036]在步骤S1之前，先将粉体熔炼，得到金属混合液，然后雾化、干燥和 筛分处理，得到球形材料，其中，金属粉末包括铁粉和钛粉，铁粉占金属 粉末的质量比为80％，其他工艺参数与实施例1相同。
[0037]实施例7
[0038]铁粉占金属粉末的质量比为85％，其他工艺参数与实施例3相同。
[0039]实施例8
[0040]铁粉占金属粉末的质量比为90％，其他工艺参数与实施例3相同。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅陶瓷
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金属复合材料制品的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：将粉体和粘结剂混合后进行球形化造粒处理；S2：将步骤S1得到的球形材料通过3D打印机成型，制成生胚；S3：将步骤S2得到的生胚，放入真空脱脂烧结炉中，进行氮气保护及充入气态硅，烧结得碳化硅陶瓷
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金属复合材料制品；其中，所述粉体包括碳化硅粉末和金属粉末，所述金属粉末包括铁粉或羟基铁粉。2.如权利要求1所述的一种碳化硅陶瓷
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金属复合材料制品的制备方法，其特征在于：所述金属粉末还包括钨粉、钛粉、铌粉、钽粉的一种或多种。3.如权利要求2所述的一种碳化硅陶瓷
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金属复合材料制品的制备方法，其特征在于：所述碳化硅粉末和金属粉末的质量比为19:1～7:3。4.如权利要求3所述的一种碳化硅陶瓷
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金属复合材料制品的制备方法，其特征在于：所述金属粉末中，铁粉或羟基铁粉的含量为80％～100％。5.如权利要求2所述的一种碳化硅陶瓷
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金属复合材料制品的制备方法，其特征在于：步骤S1之前还包括预处理步骤，所述预处理步骤：将粉体熔炼，得到金属混合液，然后雾化、干燥和筛分处理，得到球形材料。6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟启龙，朱忠铜，李若普，朱萱哲，李哲宇，
申请(专利权)人：武汉拓普准晶新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：