本发明专利技术涉及一种碳化硅／碳化钨复合材料及其制备方法。其制备方法是：在采用Ａｃｈｅｓｏｎ法冶炼碳化硅的工业生产过程中，引入钨源；通过调节Ｃ源、Ｓｉ源和Ｗ源的比例，不改变Ａｃｈｅｓｏｎ法冶炼碳化硅的其他工艺条件，制备出碳化硅／碳化钨复合材料，其中Ｗ源∶Ｃ源∶Ｓｉ源的质量比为１∶０．５８～２．０２∶０．７９～２．０５；冶炼温度１８００℃～２４００℃；冶炼时间８～２４ｈ。本发明专利技术复合材料具有硬度高、热膨胀系数低、导热系数高等特性，除具备碳化硅、碳化钨材料本身超硬、耐磨、耐蚀的特性外，该新型复合材料的密度在一定范围内可调控，高温下与金属液体的浸润性明显改善，用其可制备出增强颗粒均匀分散的金属基复合材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种材料冶炼领域，具体涉及一种。
技术介绍
碳化硅(SiC)是一种人造材料，地壳上至今尚未发现有天然碳化硅矿产。人造碳 化硅的生产工艺是由美国的Acheson博士于1891年专利技术并投入工业化生产的，其生产工艺 一直沿用至今。碳化硅具有很强的离子共价键，Si-C键结合约87%为共价键，在成键时形 成SP3杂化轨道，形成类金刚石结构的四面体基本结构单元。碳化硅具有高达1250kJ/mol 的原子化能值，其德拜温度也很高，达到1200 1430K，因此决定了碳化硅材料对于各种外 界作用的稳定性。SiC具有很高的硬度和熔点，其高温强度高，耐磨耐腐蚀性能好，SiC的热 导率高、热膨胀系数小，其优良的抗热震性为SiC材料广泛应用奠定了良好的基础。由于它 具有许多优异性能，如高硬度、高强度、抗氧化、耐磨蚀、耐高温、耐热震及良好的热传导性 等，碳化硅微粉在耐火材料、工程陶瓷、结构材料等方面的应用也非常广泛。随着航空航天、原子能以及机械和化工等工业的发展，对工程材料性能的要求越 来越高，如高比强度、高比刚度、耐高温、抗腐蚀、抗疲劳等。这对于单一的金属材料、陶瓷 材料或高分子材料来说多是较难实现的，因此就促进了多种复合材料诸如有机无机复合材 料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等的问世与发展。与传统材料相比，陶瓷颗粒增强金 属基复合材料不仅兼有金属的高韧性、高塑性优点和增强陶瓷颗粒的高硬度、高模量优点， 而且材料具有各向同性，可采用传统的金属加工工艺进行加工。碳化硅具有密度低、强度 高、弹性模量高、耐磨及耐腐蚀等优点，而且生产碳化硅(颗粒)SiCp的所需的原材料分布 广泛，资源量极为丰富，且其工艺简单、成本低廉，因此应用碳化硅颗粒增强金属基复合材 料的课题得到国内外广泛的关注。按增强颗粒与基体合金混合方式及成形工艺不同，SiCp增强金属基复合材料的制 备工艺主要可分为粉末冶金法、铸造法、喷射沉积法和原位合成法等一系列工艺，其中每一 类又包含若干不同技术。铁的熔点高、密度大、比强度小、制备困难，制约着颗粒增强型铁基 复合材料的发展。但是铁基材料有成本低、机加工性能好、可焊接、耐腐蚀、可进行热处理等 一系列优点，弥补了传统轻金属基复合材料成本高、不耐磨的缺点。颗粒增强型铁基复合材 料以其良好的力学性能、耐磨性、高温稳定性、耐腐蚀性受到越来越多的重视。其中以碳化 硅、碳化钨、碳化钛、碳化铬硬颗粒为增强相的铁基复合材料有着非常广阔的应用前景。但 在颗粒增强的铁基复合材料中还存在很多问题，如国内华南理工大学、中南大学、合肥工业 大学、郑州大学等相关研究机构的研究表明由于硬颗粒和基体的理化性质和表面性质差 异大，对制备出增强相颗粒均勻分散的铁基复合材料造成很大的困难。碳化硅密度3. 21g/ cm3远小于铁的密度，在以铸造法制备SiC颗粒增强铁基复合材料时容易分层；且SiC颗粒 与铁基金属液润湿性差，不浸润；此外，SiC颗粒表面还容易与铁基金属液发生有害的表面 反应，损害复合材料的性能。碳化钨(WC)颗粒不仅韧性好、硬度高、抗冲击载荷及抗磨粒磨损能力强，与基体 金属结合具有较好的抗界面腐蚀磨损性能，而且与铁基金属液润湿性好，两者之间的润湿 角为零。但WC体密度为15. 63g/cm3，远大于铁的密度7. 85g/cm3,同样的，以浇铸法制备WC 颗粒增强的铁基复合材料时也会造成上下分层、分布不均勻的问题；并且W元素属于稀有 贵金属资源，WC的成本也很高不利于工业化推广和大量的应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种具备碳化硅、碳化钨材料超硬、耐磨、耐蚀的 特性、且密度可调控的很适于做铁基增强相的碳化硅_碳化钨复合材料，并公开了该复合 材料的一种制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是一种碳化硅/碳化钨复合材料，它是在Acheson法冶炼碳化硅的原料中按Mwig Mc 源Msi源=1.0 0.58 2. 02 0. 79 2. 05的质量比引入W源粉体后，在1800°C 2400°C的温度下，于碳化硅冶炼炉中经8 24小时冶炼而成的所含C、Si、W元素呈弥散分 布的复合材料。一种碳化硅/碳化钨复合材料的制备方法，包括如下步骤①取W(钨)源粉体、C(碳)源粉体和Si (硅)源粉体按M讀Mcm Msim = 1.0 0.58 2. 02 0.79 2. 05的质量比进行混合，再加入粘结剂和Acheson法冶炼碳 化硅的辅料，混勻后进行造粒，使颗粒粒度达到毫米级，再对所造颗粒在150 800°C范围 内进行中低温煅烧干燥处理；②将煅烧后的颗粒放置于碳化硅冶炼炉中，在1800 2400°C的高温下冶炼8 24h，待炉体冷却后，取出冶炼所得的块体材料经破碎、球磨、酸洗、水洗后即得碳化硅/碳 化钨复合材料。该法主要利用气_固(gas-solid)和固-固(solid-solid)反应原理，在碳化硅 冶炼的原料中引入W源，高温下制备碳化硅/碳化钨复合材料，并且根据原始反应物组分的 变化可以调控复合材料的密度。所述W源为金属钨粉体、钨氧化物粉体、钨酸粉体中的至少一种，其纯度>95%， 粒度为2 50um。所述C源为石油焦、炭黑中的至少一种，其纯度彡95%，粒度为2 2000um。所述Si源为二氧化硅，纯度彡95%，粒度为2 2000um。所述粘结剂为聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯缩丁醛(PVB)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、酚醛 树脂、淀粉、糊精、羧甲基纤维素(CMC)、硅溶胶中的至少一种，其加入量为反应物料总质量 的1 5%。所述辅料为氯化钠，其加入量为反应物料总质量的9. 5 10. 5%。在所述步骤②的酸洗过程中所用酸液是由盐酸、硫酸、硝酸中的至少一种配制而 成，其浓度为15 60%，酸液用量一般为所含金属和/或金属氧化物杂质的摩尔数的3 5倍，酸洗温度范围是20 95°C。本专利技术具有积极有益的效果本专利技术提供了一种新型的碳化硅-碳化钨复合材料，其具有硬度高(莫氏硬度8 9)、热膨胀系数低(4. 5X 10_6 -1)、导热系数高(90W/m ·Κ)等特性，除具备碳化硅、碳化钨材料本身超硬、耐磨、耐蚀的特性外，该新型复合材料的密度在一定范围内可调控，高 温下与金属液体的浸润性明显改善，用其可制备出增强颗粒均勻分散的金属基复合材料。附图说明 图1为碳化硅/碳化钨复合材料的XRD图；图2为碳化硅/碳化钨复合材料的SEM图；图3为显示C元素分布的碳化硅/碳化钨复合材料EDS图；图4为显示Si元素分布的碳化硅/碳化钨复合材料EDS图；图5为显示W元素分布的碳化硅/碳化钨复合材料EDS图。具体实施例方式实施例1 一种碳化硅/碳化钨复合材料，制备步骤如下按W粉石油焦石英砂=1 1.99 2.01的质量比选取制备原料，用搅拌机 和振动筛混合均勻；加入水溶性酚醛树脂作为粘合剂，水溶性酚醛树脂的加入量为反应原 料总质量的3%，再加入Acheson法冶炼碳化硅时的排渣剂，用造粒机进行造粒，使颗粒粒 度达到毫米级；对所造颗粒在150 800°C范围内进行中低温干燥煅烧处理。将预处理后 的颗粒放置于碳化硅冶炼炉中，在度1800 2400°C的高温下冶炼24h，待炉体冷却后，将冶 炼的碳化硅/碳化硅块体材本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳化硅／碳化钨复合材料，其特征在于，它是在Ａｃｈｅｓｏｎ法冶炼碳化硅的原料中按Ｍ↓［Ｗ源］∶Ｍ↓［Ｃ源］∶Ｍ↓［Ｓｉ源］＝１．０∶０．５８～２．０２∶０．７９～２．０５的质量比引入Ｗ源粉体后，于碳化硅冶炼炉中在１８００℃～２４００℃的温度下经８～２４小时冶炼而成的所含Ｃ、Ｓｉ、Ｗ元素呈弥散分布的复合材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋书清，宋贺臣，姜维海，
申请(专利权)人：河南新大新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]
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