示例性实施方案公开了热成型的基于复合粉末冶金的材料，所述材料包括：烧结的金属颗粒的基质，其包括金属和金属合金中的至少一种；和位于所述基质内的具有源自前体纤维垫的取向和形状的碳纤维。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有原位生成的碳质纤维增强物的金属基质复合材料和金属复合泡沬
本专利技术一般涉及的领域包括金属复合材料，所述金属复合材料包括碳增强的金属复合材料，更特别地涉及用于结构应用的具有取向纤维增强物的热成型的金属-基质复合材料或金属复合材料。
技术介绍
在单壁碳纳米管中实现了碳纤维增强物所赋予的性质，模量高达lOOOGPa。然而， 在复合结构材料，包括由碳纤维增强的金属-基质复合结构材料，中并不总是需要这种刚度水平。此外，碳纳米管对于宽范围的工程应用(尤其是在通用的汽车部分中)的适用性受到其高成本和有限可用性的严格限制。碳纤维的较高成本主要是由于所涉及的加工条件所致，包括前体聚合物(例如浙青或聚(例如丙烯腈))在非常高的温度下在惰性环境中的氧化。金属基质复合材料的制备通常包括金属和增强物(例如碳纤维)的固结以及然后制备该复合部件的不同步骤。在包括铸造与碳纤维增强物混合的熔融金属的操作中，精确控制该纤维增强物的取向方向性是非常困难的。基于粉末金属的加工所提供的一个优点是能够一起完成包括该金属和增强物的固结以及该部件成型的步骤。甚至在后一种工艺中，难以维持方向性。
技术实现思路
在示例性实施方案中，提供了基于粉末冶金的热成型复合材料，其包括烧结金属颗粒的基质，所述金属颗粒包括金属和金属合金中的至少一种；和位于所述基质内的具有源自前体纤维垫(precursor fibrous matte)的取向和形状的碳纤维。在另一示例性实施方案中，提供了基于粉末冶金的热成型复合材料的制备方法， 其包括提供包括至少一种类型金属颗粒的金属颗粒基质，所述金属颗粒负载在具有第一取向和形状的纤维垫上且至少部分在所述纤维垫周围，所述纤维垫包括多个包含有机聚合物的纤维层；和将该金属颗粒和该纤维垫的所述组合件在使得所述金属颗粒烧结且所述纤维垫至少部分碳化以形成具有源自所述第一取向和形状的第二取向和形状的碳纤维的温度下经历热成型工艺，以得到金属-基质复合部件。在另一示例性实施方案中，提供了用于由其形成热成型部件的基于复合粉末冶金的前体材料，其包括包括至少一种金属的金属颗粒前体基质；和位于所述基质内的纤维垫，所述纤维垫包括多个包含有机聚合物的纤维层，所述纤维垫具有预设取向，所述金属颗粒附着在所述纤维垫上。从后文提供的详细描述中，本专利技术的其他示例性实施方案将变得显而易见。应当认识到该详细描述和特别实施例尽管公开了本专利技术的示例性实施方案，但仅意于举例说明目的而并不意于限制本专利技术的范围。附图说明从详细描述和附图中，本专利技术的示例性实施方案将得到更充分的理解，其中图1A-1D显示了依照实施方案在形成示例性热成型的基于复合粉末冶金的部件中的示例性步骤。图2A-2D显示了在依照实施方案在形成用于由其形成热成型部件的示例性热成型的、基于复合粉末冶金的前体组合件中的示例性步骤。图3显示了依照图2A-2D中显示的实施方案的示例性工艺流程。图4A-4C显示了依照实施方案在热成型示例性的基于复合粉末冶金的部件中的示例性步骤。图5显示了依照图4A-4C中显示的实施方案的示例性工艺流程。具体实施方式以下对实施方案(一个或多个)的描述本身仅是示例性的(举例说明的)，且绝不意于限制本专利技术、其使用或应用。在示例性实施方案中，可以通过将一种或多种金属粉末聚集在包括一个或多个包含有机聚合物(碳纤维前体)的纤维垫层上，制备由纤维垫和粉末金属组成的复合预制组合件。然后该复合预制组合件可以经历在足以烧结该金属粉末的温度(例如高于该金属粉末的熔点)的热成型。该复合预制组合件可以通过常规工艺热成型，该常规工艺包括对该复合预制组合件同时施加机械压力和加热(例如热压)——烧结该金属颗粒，并由该纤维垫层形成碳纤维——同时成型为金属-基质复合部件。该热成型的复合部件由此包括由碳纤维增强的金属部件，其中该碳纤维可以具有预设的优选取向(方向性)，例如与该纤维垫层基本相同或源自该纤维垫层。在一些实施方案中，该热成型的复合金属部件可以具有约0.5mm-约500mm的厚度。在其他实施方案中，该热成型的复合金属部件可以是结构金属部件，例如作为常规内燃机、电动汽车和混合燃料车的部件。在一些实施方案中，该热成型工艺可以包括将所述复合预制组合件同时经历施加的机械压力和在高于该金属粉末的至少一些的熔点的温度的加热，使得发生金属颗粒烧结且该纤维垫的至少一部分碳化以形成碳纤维部分。将认识到可以使用常规热成型或热压工艺，包括其中可以通过模头或其他施加机械压力的工具施加热量，和/或加热可以由外部来源(例如常规对流和/或辐射加热炉和/ 或电磁能加热源)施加。在一种实施方案中，在热成型温度加热过程中和/或在热成型工艺过程中，该复合预制组合件中的金属粉末可以熔化并固结(烧结过程)在该纤维垫以及任选的另外有机和/或无机填料和/或增强材料的周围，而该纤维垫中的纤维碳化以形成具有与该纤维垫基本相同的方向性(取向)的碳纤维。因此，在由该金属和/或金属合金粉末的熔化得到的能量提供这些前体的碳化的情况下，可以原位形成碳纤维。在一些实施方案中，认识到碳纤维可以包括连续和/或不连续的碳纤维，因为该碳纤维前体材料的碳化以及热成型工艺可能导致或不导致所得到的碳纤维的断裂。在一些实施方案中，将认识到该热成型工艺可能为该复合预制组合件赋予不同的形状，且因此所得到的碳纤维中的一些可能具有与该纤维垫层不同的取向，而是源自其以形成第二优选取向。在另一实施方案中，该包含碳纤维前体的基体纤维垫可以在热成型工艺之前经历在低于金属熔化温度的第一温度的退火工艺，以氧化和/或稳定该复合预制组合件(具有粉末金属和任选的填料和/或增强材料)内的基体纤维垫中的碳纤维前体。例如，可以在加热到热成型温度之前，在低于该基体纤维垫中的碳纤维前体的降解(碳化)温度发生该氧化 /稳定退火。在一种实施方案中，该金属和/或金属合金粉末可以具有高于300°C的熔点(以便于碳纤维前体的碳化)，优选约300°C -约950°C，更优选约400-700°C。在其他实施方案中， 该复合预制组合件可以在正好高于该金属粉末的熔点的温度(例如比该金属粉末的熔点高约1°C -约150°C)经历热成型。在一些实施方案中，该金属和/或金属合金粉末可以包括任何金属或粉末状金属组合，其可以经历常规粉末冶金工艺以形成包含金属的部件，该工艺包括热成型或热压。在一种实施方案中，该金属和/或金属合金粉末包括铝。在另一实施方案中，该金属和/或金属合金粉末包括镁。在其他实施方案中，取决于该金属粉末和所需的热成型(烧结)温度和烧结速率， 该金属和/或金属合金粉末可以具有各种粒度。在一些实施方案中，该金属粉末可以具有在约20nm-约100微米范围的由常规工艺，包括透射电子显微镜(TEM)和/或气体吸附，测得的一次粒度和/或聚集粒度。将认识到将该复合预制组合件加热到氧化/稳定温度并随后加热到热成型温度的工艺可以以温度逐渐升高且在选定的中间恒定温度(多个)退火来实现，或者可以以连续温度变化(升高)而实现。如前所述，该热成型工艺可以包括在对该复合预制组合件施加机械压力之前和/或过程中施加任意组合的热源，以加热到高于至少一种金属粉末的熔点的温度以诱使金属颗粒烧结。在一种实施方案中，该复合预制组合件(叠层)可以包括粉末金属以及任选材料， 比如可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：B帕塔姆，S森达拉，
申请(专利权)人：B帕塔姆，S森达拉，
类型：发明
国别省市：
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