金属基体聚合物衍生的陶瓷复合材料及其生产方法和用途技术

本发明专利技术属于金属基体聚合物衍生的陶瓷复合材料及其生产方法和用途的领域

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属基体聚合物衍生的陶瓷复合材料及其生产方法和用途


[0001]本专利技术属于金属基体聚合物衍生的陶瓷复合材料及其生产方法和用途的领域。具体地，本专利技术涉及包含陶瓷纳米颗粒的金属基体聚合物衍生的陶瓷复合材料、包括严重塑性变形步骤的生产方法，及其用途。

技术介绍

[0002]金属基体复合材料(MMC)为具有至少两个组成部分的复合材料，一个材料必定是金属基体相，另一材料可以是不同的金属或另一材料，例如陶瓷、金属氧化物或有机化合物，通常为硬质增强纤维、晶须或颗粒的形式。
[0003]给定的金属结构元件对于不同材料性能的需求导致了合金化金属的发展。迄今为止的一般方法是将选定的金属与其他金属进行合金化，或者将不同的材料组合在一起制成复合材料。这些过程特别地允许调整杨氏模量、屈服强度、延展性和/或传导性。
[0004]在结构应用中，MMC的基体通常为低密度金属合金(例如铝、镁或钛)。
[0005]MMC通常具有高强度，为轻质结构材料，因此例如用于飞机、直升机和航天器。
[0006]具有超细晶粒结构的MMC，以及具有纳米结构的复合材料可以通过严重塑性变形方法而获得。这些方法产生高强度的材料。
[0007]然而，此类MMC不适合制备暴露于高于其制造温度的温度的组件。事实上，当这些材料暴露在高温下时，会发生显著高的晶粒生长。
[0008]而且，这种MMC以严重损失延展性为代价而获得。
[0009]此外，如上所述对合金的大量研究导致了数百种不同合金金属的存在，这使得它们的回收非常复杂，在许多情况下甚至是不可能的。
[0010]因此，强烈需要开发克服上述缺点的新型MMC。

技术实现思路

[0011]因此，本专利技术的目的是提供一种具有良好延展性和热稳定性，同时具有高强度的MMC。事实上，本专利技术的材料是超细晶粒的，其保持显著的延展性。另外，本专利技术的材料的制备方法在高温下(例如对于铝甚至在500℃下)给出非常高的晶界稳定性。
[0012]本专利技术的另一目的是提供具有任何种类的金属的MMC以及适用于任何金属的方法，从而产生具有可调性能的材料，以达到目标杨氏模量、屈服强度、延展性和/或耐热性，而无需在合金中使用所述金属。
[0013]本专利技术的另一目的是提供一种没有任何健康危害的方法，例如不直接处理有毒材料例如纳米尺寸粉末颗粒。
[0014]因此，本专利技术涉及一种制备金属基体聚合物衍生的陶瓷复合材料的方法，所述方法包括以下阶段：
[0015]i)对组合物M的严重塑性变形，所述组合物M包含：
[0016]o微粉形式的金属；以及
[0017]o交联的聚合物微粒，所述聚合物为陶瓷的前体，特别是用1,4
‑
二氮杂双环[2.2.2]辛烷(DABCO)交联的聚(甲基氢硅氧烷)，
[0018]以获得严重塑性变形的组合物M
’
；
[0019]ii)热解组合物M
’
以获得金属基体聚合物衍生的陶瓷复合材料。
[0020]应注意的是，所述用1,4
‑
二氮杂双环[2.2.2]辛烷(DABCO)交联的经交联的聚(甲基氢硅氧烷)可用于任何金属。
[0021]因此，本专利技术的方法没有任何摩擦搅拌处理步骤。
[0022]在具体实施方案中，本专利技术涉及一种如上所限定的方法，包括以下阶段：
[0023]i)对组合物M的严重塑性变形，所述组合物M包含：
[0024]o微粉形式的金属；以及
[0025]o交联的聚合物微粒，所述聚合物为陶瓷的前体；
[0026]以获得包含所述金属和交联的聚合物纳米颗粒的严重塑性变形的组合物M
’
；
[0027]ii)热解组合物M
’
以获得包含金属和交联聚合物衍生的陶瓷纳米颗粒的金属基体聚合物衍生的陶瓷复合材料。
[0028]特别地，该聚合物为选自Si3N4、SiC、BN、AlN、SiCN、SiCO、BCN、SiCNO、SiBCN、SiBCO、SiAlCN、SiMgCN和SiAlCO的陶瓷的前体。所述陶瓷的聚合物前体是本领域技术人员众所周知的。在更具体的实施方案中，聚合物选自：
[0029]‑
聚硅氮烷，尤其是聚环硅氮烷，例如聚烷基环硅氮烷、全氢聚硅氮烷、甲基氢化环硅氮烷、烷基氢化环硅氮烷、聚脲基硅氮烷、脲甲基乙烯基硅氮烷；聚碳硅氮烷；以及聚倍半硅氮烷；该聚合物特别是Si3N4或SiCN陶瓷的前体；
[0030]‑
聚甲硅烷基碳二亚胺和聚硅倍半碳二亚胺，该聚合物特别是SiCN陶瓷的前体；
[0031]‑
聚碳硅烷，尤其是甲基聚碳硅烷、乙烯基聚碳硅烷、甲基乙烯基聚碳硅烷、聚钛碳硅烷、烯丙基氢化聚碳硅烷、氢化聚碳硅烷；该聚合物特别是SiC陶瓷的前体；
[0032]‑
聚硅氧烷，尤其是聚乙烯基硅氧烷；聚碳硅氧烷，尤其是聚甲基硅氧烷，特别是聚甲基氢硅氧烷(PMHS)；以及聚倍半硅氧烷，尤其是聚烷基倍半硅氧烷，例如聚甲基倍半硅氧烷、聚乙烯基倍半硅氧烷；该聚合物特别是SiCO陶瓷的前体；
[0033]‑
聚硼硅氮烷；该聚合物特别是SiCBN陶瓷的前体；
[0034]‑
聚硼吖嗪和聚[三(甲基氨基)硼吖嗪]，该聚合物特别是BN陶瓷的前体；
[0035]‑
聚烷基亚氨基铝烷，该聚合物特别是AlN陶瓷的前体；
[0036]‑
可通过硼烷(例如癸硼烷)与二胺的聚合获得的聚合物；该聚合物特别是BCN陶瓷的前体；
[0037]‑
聚硼硅氧烷；该聚合物特别是SiBCO陶瓷的前体；
[0038]‑
以及它们的混合物，聚硅氮烷和聚硅氧烷的混合物特别是SICNO陶瓷的前体。
[0039]特别地，组合物M通过使液体形式的聚合物和微粉形式的金属的混合物与交联剂接触，尤其是在15℃至25℃的温度下，特别地接触2小时至20小时，例如约8小时的时间而获得。
[0040]“接触”特别地指在同一容器中包含或混合，如本领域技术人员所公知的。
[0041]在另一具体实施方案中，组合物M通过将微粉形式的金属与交联的聚合物微粒混合，例如通过球磨而获得，所述交联的聚合物微粒特别地由交联的聚合物颗粒通过研磨，更
特别地通过球磨而获得。
[0042]交联的聚合物颗粒更具体地通过使液体形式的聚合物与交联剂接触，尤其是在15℃至25℃的温度下，特别地接触2小时至20小时，例如约8小时的时间而获得。
[0043]在具体实施方案中，聚合物是聚(甲基氢硅氧烷)(PMHS)。
[0044]交联的聚合物可以通过本领域技术人员公知的方法由相应的聚合物获得。这些方法例如为UV暴露、热处理，尤其是在升高的温度下(例如15℃至150℃或250℃)，任选地在热引发剂存在下，氧化反应，使用自由基引发剂，特别地选自过氧化物，例如有机过氧化物，使用交联剂，例如胺，如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制备金属基体聚合物衍生的陶瓷复合材料的方法，所述方法包括以下阶段：i)对组合物M的严重塑性变形，所述组合物M包含：o微粉形式的金属；以及o交联的聚合物微粒，所述聚合物为陶瓷的前体，特别是聚(甲基氢硅氧烷)；以获得包含所述金属和交联的聚合物纳米颗粒的严重塑性变形的组合物M
’
；ii)热解组合物M
’
以获得包含金属和交联聚合物衍生的陶瓷纳米颗粒的金属基体聚合物衍生的陶瓷复合材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述组合物M通过使液体形式的聚合物和微粉形式的金属的混合物与交联剂接触，尤其是在15℃至25℃的温度下特别地接触2小时至20小时，例如约8小时的时间而获得。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述组合物M通过将微粉形式的金属与交联的聚合物微粒混合，例如通过球磨而获得，所述交联的聚合物微粒特别地由交联的聚合物颗粒通过研磨，更特别地通过球磨而获得，交联的聚合物颗粒特别地通过使液体形式的聚合物与交联剂接触，尤其是在15℃至25℃的温度下更特别地接触2小时至20小时，例如约8小时的时间而获得。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述交联剂选自过氧化物和胺，特别是1,4
‑
二氮杂双环[2.2.2]辛烷。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述组合物M包含以其总重量计：o 75重量％至99.1重量％，特别地85重量％至99.1重量％的微粉形式的金属；以及o 0.1重量％至75重量％，特别地0.1重量％至15重量％的交联的聚合物微粒。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述金属选自Al、Mg、Cu、Fe和Ti。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述严重塑性变形选自摩擦辅助横向挤压、等通道转角压制或挤压、...

【专利技术属性】
技术研发人员：L，
申请(专利权)人：印度科学院，
类型：发明
国别省市：