专利名称：一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种复合陶瓷及其制备方法，特别涉及一种金属增韧碳化硅基复合陶 瓷及制备方法。
背景技术：
碳化硅具有优异的高温强度、化学稳定性、高硬度、良好的抗热冲击性以及较低的 热膨胀系数，因此广泛应用于冶金、化工、航空航天和热机等领域。碳化硅陶瓷材料仍然具 有脆性大、可靠性低的缺点，因此降低陶瓷材料的脆性并提高材料的可靠性有着重要的工 程意义，陶瓷基复合材料(CMC)是目前改善陶瓷脆性的主要方法。制备CMC材料一般都使 用颗粒弥散增韧或者纤维和晶须增韧，常见的工艺有1)泥浆浸渗法及粉末烧结法，泥浆浸渗法主要用来制造玻璃及玻璃陶瓷基复合材 料(参见王零林，特种陶瓷，中南工业大学，1994:150-180)；而粉末烧结方法，就是将陶瓷 细粉成型后，在高温下烧结成型，这种方法往往会对增强用的纤维造成损伤。2)熔融浸渗法，常用于制备金属基复合材料，该工艺能一次形成致密且基本无缺 陷的基体而且烧结前后尺寸收缩小。在此工艺上，发展了压力浸渗和真空浸渗。3)溶胶凝胶法，这种方法制备的材料基体存在孔隙率高，基体在高温裂解过程中 收缩大，容易产生气孔和裂纹的问题，但化学均勻性好，可以用来制备成分均勻、多相的陶 瓷基体。4)电泳沉积和化学气相沉积法，电泳沉积法具体的文献可以参见C. Kaya, F. Kaya, A. R. Boccaccini，K. K. Chawla, Acta Mater. 2001，49，1189.化学气相沉积的相关 文献可以参见 David P S. Caputo A J. Richard A L. AmCeram Soc Bull, 1986,65, (2) 347-350。这两种方法就是通过化学或者电泳的方法将基体材料沉积到纤维表面，高温材料 可以在低温下制造，不会对纤维的表面状态造成破坏。现有的制备陶瓷基复合材料(CMC)的工艺往往较为复杂，而且在制备过程中往往 使用陶瓷纤维作为基体，这就使得制备材料的成本提高；压力浸渗的方法则要求事先准备 已经烧结过的坯体。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种金属增韧碳化硅基复 合陶瓷及制备方法，其烧结温度最高温度不超过850°C，采用压力浸渗铝合金的方法，利用 金属和氧化钛发生反应形成连接提供材料的骨架，既保证了材料本身具有足够的强度，同 时又由于金属的增韧作用，提高了碳化硅基材料的韧性。为达到以上目的，本发明的技术方案如下一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷，原料按重量百分数，包括下述组分碳化硅粉末 30 % 40 %、纳米氧化钛粉末5 % 20 %和硅铝合金40 % 50 %以及2 % 8 %的PVB有 机粘接剂。
所述碳化硅粉末，其α-SiC含量> 98%。所述纳米氧化钛为III类锐钛矿型钛白粉。所述硅铝合金为铸造铝合金，硅含量小于14wt %。一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷的制备方法，包括下述步骤步骤一、按重量百分数准备碳化硅粉末30 % 40 %、纳米氧化钛5 % 20 %、硅铝 合金40 % 50 %以及2 % 8 %的PVB有机粘接剂，先将30 % 40 %碳化硅粉末、5 % 20%纳米氧化钛粉末两种原料用无水乙醇作为分散剂湿法球磨制备成混合粉末；步骤二、将混合粉末干燥，并加入准备好的2% 8% PVB有机粘接剂搅拌均勻后 过120 400目筛造粒；所用的PVB有机粘接剂纯度在99%以上；步骤三、根据所需制品形状选择模具，将上述造粒料装入模具型腔内，压力为 60 140MPa模压成型；将压制好的生坯，放入烘箱干燥固化，干燥固化工艺为室温至 600C 2h，60°C 80°C 4h，80°C 100°C 4h，100°C 140°C下保温时间大于 8h。步骤四、将烘干后的生坯放入空气炉内于600°C保温Ih排胶，排胶后，将压铸机内 壁与金属压头之间的接触表面涂上一层BN，以便渗铝后脱模，然后将多孔预制体即烘干后 的生坯按顺序放入压铸机腔内，先将压铸机预热到浸渗温度保持20分钟，然后将熔融的铝 合金液倒入放置预制体的模具内，以25-40N/S的加载速率施加压力将铝合金液压入预制 体内，在浸渗压力下时保持5分钟，最后待铸块冷却后与模具分离，然后将铸块重新熔化除 去多余的铝合金得到金属_陶瓷复合材料。本发明结合反应烧结和压力浸渗的方法，用粉料作为原料，制得生坯后通过压力 浸渗工艺，在浸渗过程中同时完成浸渗和颗粒的结合，利用金属改善陶瓷的韧性，是一种相 对简单的制备陶瓷基复合材料的工艺方法。
具体实施例方式以下结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。实施例一一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷，原料按重量百分数，包括下述组分碳化硅粉末 30 %、纳米氧化钛粉末20 %和硅铝合金45 %以及5 %的PVB有机粘接剂。所述碳化硅粉末，其α -SiC含量> 98%。所述纳米氧化钛为III类锐钛矿型钛白粉。所述硅铝合金为铸造铝合金，硅含量应小于14wt %。本实施例的制备方法，包括下述步骤步骤一、按重量百分数准备碳化硅粉末30 %、纳米氧化钛20 %、硅铝合金45 %以 及5 %的PVB有机粘接剂，先将30 %碳化硅粉末、20 %纳米氧化钛粉末两种原料用无水乙醇 作为分散剂湿法球磨制备成混合粉末；步骤二、将混合粉末干燥，并加入准备好的5 %的PVB有机粘接剂搅拌均勻后过 200目筛造粒；所用的PVB有机粘接剂纯度在99%以上；步骤三、根据所需制品形状选择模具，将上述造粒料装入模具型腔内，压力为 SOMPa模压成型；将压制好的生坯，放入烘箱干燥固化，干燥固化工艺为室温至60°C 2h， 60°C 80°C 4h，80°C 100°C 4h, 100°C 140°C下保温时间大于 8h ；
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步骤四、将烘干后的坯料放入空气炉内于600°C保温Ih排胶，排胶后，将压铸机 内壁与金属压头之间的接触表面涂上一层BN，以便渗铝后脱模，然后将多孔预制体即烘干 后的坯料按顺序放入压铸机腔内，先将压铸机预热到浸渗温度保持20分钟，然后将熔融的 铝合金液倒入放置预制体的模具内，以30N/S的加载速率施加压力将铝合金液压入预制体 内，在浸渗压力下时保持5分钟，最后待铸块冷却后与模具分离，然后将铸块重新熔化除去 多余的铝合金得到金属_陶瓷复合材料。实施例二一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷，原料按重量百分数，包括下述组分碳化硅粉末 30%、纳米氧化钛粉末18%和硅铝合金50%以及2%的PVB有机粘接剂。所述碳化硅粉末，其α -SiC含量> 98%。所述纳米氧化钛为III类锐钛矿型钛白粉。所述硅铝合金为铸造铝合金，硅含量应小于14wt。本实施例的制备方法，其特征在于，包括下述步骤步骤一、按重量百分数准备碳化硅粉末30%、纳米氧化钛18%、硅铝合金50%以 及2%的PVB有机粘接剂，先将30%碳化硅粉末、18%纳米氧化钛粉末两种原料用无水乙醇 作为分散剂湿法球磨制备成混合粉末；步骤二、将混合粉末干燥，并加入准备好的2 %的PVB有机粘接剂搅拌均勻后过 120目筛造粒；所用的PVB有机粘接剂纯度在99%以上；步骤三、根据所需制品形状选择模具，将上述造粒料装入模具型腔内，压力为 SOMPa模压成型；将压制好的生坯，放入烘箱干燥固化，干燥固化工艺为室温至60°C 2h， 60V 80°C 4h，80°C 100°C 4h, 100°C 140°C下保温时间大于 8h ；步骤四、将烘干后的坯料放入空气炉内于600°C保温Ih排胶，排胶后，将压铸机 内壁与金属压头之间的接触表面涂上一层BN，以便渗铝后脱模，然后将多孔预制体即烘干 后的坯料按顺序放入压铸机腔内，先将压铸机预热到浸渗温度保持20分钟，然后将熔融的 铝合金液倒入放置预制体的模具内，以25N/S的加载速率施加压力将铝合金液压入预制体 内，在浸渗压力下时保持5分钟，最后待铸块冷却后与模具分离，然后将铸块重新熔化除去 多余的铝合金得到金属_陶瓷复合材料。实施例三一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷，原料按重量百分数，包括下述组分碳化硅粉末 35 %、纳米氧化钛粉末17 %和硅铝合金40 %以及8 %的PVB有机粘接剂。所述碳化硅粉末，其α -SiC含量> 98%。所述硅铝合金为铸造铝合金，硅含量应小于14wt %。所述纳米氧化钛为III类锐钛矿型钛白粉。本实施例的制备方法，包括下述步骤步骤一、按重量百分数准备碳化硅粉末35%、纳米氧化钛17%、硅铝合金40%以 及8%的PVB有机粘接剂，先将35%碳化硅粉末、17%纳米氧化钛粉末两种原料用无水乙醇 作为分散剂湿法球磨制备成混合粉末；步骤二、将混合粉末干燥，并加入准备好的8 %的PVB有机粘接剂搅拌均勻后过 200目筛造粒；所用的PVB有机粘接剂纯度在99%以上；
步骤三、根据所需制品形状选择模具，将上述造粒料装入模具型腔内，压力为 SOMPa模压成型；将压制好的生坯，放入烘箱干燥固化，干燥固化工艺为室温至60°C 2h， 60V 80°C 4h，80°C 100°C 4h, 100°C 140°C下保温时间大于 8h ；步骤四、将烘干后的坯料放入空气炉内于600°C保温Ih排胶，排胶后，将压铸机 内壁与金属压头之间的接触表面涂上一层BN，以便渗铝后脱模，然后将多孔预制体即烘干 后的坯料按顺序放入压铸机腔内，先将压铸机预热到浸渗温度保持20分钟，然后将熔融的 铝合金液倒入放置预制体的模具内，以30N/S的加载速率施加压力将铝合金液压入预制体 内，在浸渗压力下时保持5分钟，最后待铸块冷却后与模具分离，然后将铸块重新熔化除去 多余的铝合金得到金属_陶瓷复合材料。实施例四、一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷，原料按重量百分数，包括下述组分碳化硅粉末 37 %、纳米氧化钛粉末15 %和硅铝合金42 %以及6 %的PVB有机粘接剂。所述碳化硅粉末，其α -SiC含量> 98%。所述纳米氧化钛为III类锐钛矿型钛白粉。所述硅铝合金为铸造铝合金，硅含量应小于14wt %。本实施例的制备方法，包括下述步骤步骤一、按重量百分数准备碳化硅粉末37%、纳米氧化钛15%、硅铝合金42%以 及6%的PVB有机粘接剂，先将37%碳化硅粉末、15%纳米氧化钛粉末两种原料用无水乙醇 作为分散剂湿法球磨制备成混合粉末；步骤二、将混合粉末干燥，并加入准备好的6 %的PVB有机粘接剂搅拌均勻后过 200目筛造粒；所用的PVB有机粘接剂纯度在99%以上；步骤三、根据所需制品形状选择模具，将上述造粒料装入模具型腔内，压力为 SOMPa模压成型；将压制好的生坯，放入烘箱干燥固化，干燥固化工艺为室温至60°C 2h， 60V 80°C 4h，80°C 100°C 4h, 100°C 140°C下保温时间大于 8h ；步骤四、将烘干后的坯料放入空气炉内于600°C保温Ih排胶，排胶后，将压铸机 内壁与金属压头之间的接触表面涂上一层BN，以便渗铝后脱模，然后将多孔预制体即烘干 后的坯料按顺序放入压铸机腔内，先将压铸机预热到浸渗温度保持20分钟，然后将熔融的 铝合金液倒入放置预制体的模具内，以30N/S的加载速率施加压力将铝合金液压入预制体 内，在浸渗压力下时保持5分钟，最后待铸块冷却后与模具分离，然后将铸块重新熔化除去 多余的铝合金得到金属_陶瓷复合材料。实施例五一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷，原料按重量百分数，包括下述组分碳化硅粉末 40%、纳米氧化钛粉末5%和硅铝合金50%以及5%的PVB有机粘接剂。所述碳化硅粉末，其α -SiC含量> 98%。所述纳米氧化钛为III类锐钛矿型钛自粉。所述硅铝合金为铸造铝合金，硅含量应小于14wt %。本实施例的制备方法，包括下述步骤步骤一、按重量百分数准备碳化硅粉末45%、纳米氧化钛5%、硅铝合金50%以及 5%的PVB有机粘接剂，先将45%碳化硅粉末、5%纳米氧化钛粉末两种原料用无水乙醇作
7为分散剂湿法球磨制备成混合粉末；步骤二、将混合粉末干燥，并加入准备好的5 %的PVB有机粘接剂搅拌均勻后过 200目筛造粒；所用的PVB有机粘接剂纯度在99%以上；步骤三、根据所需制品形状选择模具，将上述造粒料装入模具型腔内，压力为 SOMPa模压成型；将压制好的生坯，放入烘箱干燥固化，干燥固化工艺为室温至60°C 2h， 60V 80°C 4h，80°C 100°C 4h, 100°C 140°C下保温时间大于 8h ；步骤四、将烘干后的坯料放入空气炉内于600°C保温Ih排胶，排胶后，将压铸机 内壁与金属压头之间的接触表面涂上一层BN，以便渗铝后脱模，然后将多孔预制体即烘干 后的坯料按顺序放入压铸机腔内，先将压铸机预热到浸渗温度保持20分钟，然后将熔融的 铝合金液倒入放置预制体的模具内，以30N/S的加载速率施加压力将铝合金液压入预制体 内，在浸渗压力下时保持5分钟，最后待铸块冷却后与模具分离，然后将铸块重新熔化除去 多余的铝合金得到金属_陶瓷复合材料。对比例一—种金属增韧碳化硅基复合陶瓷，原料按重量百分数，包括下述组分碳化硅粉末 20 %、纳米氧化钛粉末30 %和硅铝合金45 %以及5 %的PVB有机粘接剂。所述碳化硅粉末，其α -SiC含量> 98%。所述纳米氧化钛为III类锐钛矿型钛白粉。所述硅铝合金为铸造铝合金，硅含量应小于14wt %。本实施例的制备方法，包括下述步骤步骤一、按重量百分数准备碳化硅粉末20 %、纳米氧化钛30 %、硅铝合金45 %以 及5 %的PVB有机粘接剂，先将20 %碳化硅粉末、30 %纳米氧化钛粉末两种原料用无水乙醇 作为分散剂湿法球磨制备成混合粉末；步骤二、将混合粉末干燥，并加入准备好的5%的PVB有机粘接剂搅拌均勻后过 200目筛造粒；所用的PVB有机粘接剂纯度在99%以上；步骤三、根据所需制品形状选择模具，将上述造粒料装入模具型腔内，压力为 IOOMPa模压成型；将压制好的生坯，放入烘箱干燥固化，干燥固化工艺为室温至60°C 2h， 60V 80°C 4h，80°C 100°C 4h, 100°C 140°C下保温时间大于 8h ；步骤四、将烘干后的坯料放入空气炉内于600°C保温Ih排胶，排胶后，将压铸机 内壁与金属压头之间的接触表面涂上一层BN，以便渗铝后脱模，然后将多孔预制体即烘干 后的坯料按顺序放入压铸机腔内，先将压铸机预热到浸渗温度保持20分钟，然后将熔融的 铝合金液倒入放置预制体的模具内，以30N/S的加载速率施加压力将铝合金液压入预制体 内，在浸渗压力下时保持5分钟，最后待铸块冷却后与模具分离，然后将铸块重新熔化除去 多余的铝合金得到金属_陶瓷复合材料。对比例二一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷，原料按重量百分数，包括下述组分碳化硅粉末 40 %、纳米氧化钛粉末2 %和硅铝合金52 %以及6 %的PVB有机粘接剂。所述碳化硅粉末，其α -SiC含量> 98%。所述纳米氧化钛为III类锐钛矿型钛白粉。所述硅铝合金为铸造铝合金，硅含量应小于14wt %。
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本实施例的制备方法，包括下述步骤步骤一、按重量百分数准备碳化硅粉末40%、纳米氧化钛2%、硅铝合金52%以及 6%的PVB有机粘接剂，先将40%碳化硅粉末、2%纳米氧化钛粉末两种原料用无水乙醇作 为分散剂湿法球磨制备成混合粉末；步骤二、将混合粉末干燥，并加入准备好的6 %的PVB有机粘接剂搅拌均勻后过 200目筛造粒；所用的PVB有机粘接剂纯度在99%以上；步骤三、根据所需制品形状选择模具，将上述造粒料装入模具型腔内，压力为 70MPa模压成型；将压制好的生坯，放入烘箱干燥固化，干燥固化工艺为室温至60°C 2h， 60V 80°C 4h，80°C 100°C 4h, 100°C 140°C下保温时间大于 8h。步骤四、将烘干后的坯料放入空气炉内于600°C保温Ih排胶，排胶后，将压铸机 内壁与金属压头之间的接触表面涂上一层BN，以便渗铝后脱模，然后将多孔预制体即烘干 后的坯料按顺序放入压铸机腔内，先将压铸机预热到浸渗温度保持20分钟，然后将熔融的 铝合金液倒入放置预制体的模具内，以40N/S的加载速率施加压力将铝合金液压入预制体 内，在浸渗压力下时保持5分钟，最后待铸块冷却后与模具分离，然后将铸块重新熔化除去 多余的铝合金得到金属_陶瓷复合材料。以上各个实施例性能如表1所示，在表2所示的实施例1 5中。所获得制品中 的碳化硅相体积百分含量一般在50 75%，碳化硅含量若小于50%，烧结体中碳化硅含量 过少，烧结后材料的硬度较低，烧结体的耐磨性和耐高温性都会降低。若大于75%，由于铝 合金含量随之减少，材料的韧性会大大降低。加热压铸机温度或者预热温度范围应选择500 700°C。若低于500°C，铝液与压 铸机温差较大，容易发生未完成浸渗过程，铝液即凝固的现象，同时使得压铸阻力增大，部 分微小气孔不容易填充完全。若温度过高则容易造成铝合金与氧化钛反应过于剧烈，形成 裂纹，同时侵蚀碳化硅晶粒形成其他脆性相；另外铝合金熔液容易在高温下被氧化造成原 料的浪费。铝合金加热温度应当在750 850°C范围内，如果温度不到750°C，铝合金不能 完全融化，没有任何流动性，不能压铸。如果温度大于850°C，熔融铝合金液的流动性太高， 容易从模具结合处溢出，使压铸过程无法进行，此外熔融铝合金液温度过高易氧化，造成原 材料的浪费，使生产成本增高。当压铸机内部温度及铝合金都达到预定的温度后，将熔融铝合金液倒入放置着预 制体的空腔内，然后依靠上压头将熔融铝合金液压入预制体中，当压强达到20 40MPa的 时候，停止加压，并保持压力10分钟。最后待铸块冷却后与模具分离，将铸块重新熔融后 去除多余铝合金。对产品进行T6热处理工艺后得到复合材料，具体工艺如下将试样放入 马弗炉后在半小时内将炉温从室温升至500°C，并保温6小时，然后将试样取出水淬，再在 180 V保温6小时消除内应力。生坯中纳米氧化钛的百分含量最好在5% 17%。若小于5%，由于参与反应的氧 化钛过少，烧结体的结合强度偏低。若超过17%，容易出现未反应的氧化钛，会使材料的强 度和韧性下降。同时也会使最终制品内渗入铝合金的百分比降低，使材料的韧性变差。PVB(羧甲基纤维素)加入量应控制在2% 8%，少于2%生坯的强度较差，不利 于工艺操作；大于8%时，生坯排胶时间会过长，同时会额外增加生坯的气孔率。对于铝合金，渗入量最好在40% 45%，如果不足40%，在浸渗过程中可能出现
9生坯气孔填充不完全，导致烧结品内留有残余氧化钛，这将大大降低烧结品的各项性能。若 超过50 %，铝合金过多，会导致制品硬度过低，耐磨性较差。本发明采取压力浸渗技术与反应烧结相结合的办法，通过机械压力促进液态合金 液浸渗多孔碳化硅预制体，施加的机械压力不仅能够克服预制体内的各种阻力，提高液态 合金液的浸渗效果，而且还能使液态合金液体前沿的热气流排出型腔，增加了压力浸渗后 的试样的致密度。由上述方法获得的金属增韧碳化硅基复合陶瓷烧结体测定室温下的三点弯曲强 度。阿基米德排水法测定开气孔率。光学显微镜观察金相组织，并用维氏硬度仪进行显微 硬度试验。扫描电子显微镜在试样断面上观察显微组织。这些表观气孔率、烧结体硬度和 机械强度的性能结果如表1所示。表1本发明中各实施例以及对比例所制备复合材料的性能
性能压铸条件开气孔 率(％)抗弯强 度硬度 (IIV)密度 (g/cm3)断裂韧性 (MPa. m1/2)压铸机 温度 (X)压力 (MPa)铝合金 温度 (°C)实例例 10. 3224615532.9756. 3660020800实例例 20. 3823715462. 8935. 9360030800实例例 30.4726416202.8645.8960040800实例例 40. 2631815972. 8506. 7350030800实例例 50. 3429615842, 8845. 9260030750对比例 16. 78915782.8204. 3350030800对比例 20. 7212717802.9815. 8270030850 由表1可以看出该复合材料在原料碳化硅百分含量为18%、压铸机温度为500 700°C，铝合金加热温度为750 850°C，压铸压力为20 40MPa的范围内压铸时表现出了 很高的弯曲强度，最高分别可达318MPa(实施例2)，硬度可达1620HV，韧性达到6. 73MPa. M"2，密度达到 2. 893g/cm3。
本发明制备的金属增韧碳化硅复合陶瓷由于其具有密度低，强韧性好的特点，可 广泛用作航空航天用结构材料，也可以作为传统反应烧结碳化硅的替代材料。
1权利要求
一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷，其特征在于，原料按重量百分数，包括下述组分碳化硅粉末30％～40％、纳米氧化钛粉末5％～20％和硅铝合金40％～50％以及2％～8％的PVB有机粘接剂；所述碳化硅粉末，其α SiC含量＞98％；所述纳米氧化钛为III类锐钛矿型钛白粉；所述硅铝合金为铸造铝合金，硅含量小于14wt％。
2.根据权利要求1所述的一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷，其特征在于，原料按重量 百分数，包括下述组分碳化硅粉末30%、纳米氧化钛粉末20%和硅铝合金45%以及5%的 PVB有机粘接剂；所述碳化硅粉末，其a-SiC含量> 98% ； 所述纳米氧化钛为III类锐钛矿型钛白粉。 所述硅铝合金为铸造铝合金，硅含量应小于14wt%。
3.根据权利要求1所述的一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷，其特征在于，原料按重量 百分数，包括下述组分碳化硅粉末37%、纳米氧化钛粉末15%和硅铝合金42%以及6%的 PVB有机粘接剂；所述碳化硅粉末，其a-SiC含量> 98% ； 所述纳米氧化钛为III类锐钛矿型钛白粉； 所述硅铝合金为铸造铝合金，硅含量应小于14wt%。
4.一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷的制备方法，其特征在于，包括下述步骤 步骤一、按重量百分数准备碳化硅粉末30 % 40 %、纳米氧化钛5 % 20 %、硅铝合金40 % 50 %以及2 % 8 %的PVB有机粘接剂，先将30 % 40 %碳化硅粉末、5 % 20 %纳 米氧化钛粉末两种原料用无水乙醇作为分散剂湿法球磨制备成混合粉末；步骤二、将混合粉末干燥，并加入准备好的2% 8% PVB有机粘接剂搅拌均勻后过 120 400目筛造粒；所用的PVB有机粘接剂纯度在99%以上；步骤三、根据所需制品形状选择模具，将上述造粒料装入模具型腔内，压力为60 140MPa模压成型；将压制好的生坯，放入烘箱干燥固化，干燥固化工艺为室温至60°C 2h， 60V 80°C 4h，80°C 100°C 4h, 100°C 140°C下保温时间大于 8h ；步骤四、将烘干后的生坯放入空气炉内于600°C保温lh排胶，排胶后，将压铸机内壁与 金属压头之间的接触表面涂上一层BN，以便渗铝后脱模，然后将多孔预制体即烘干后的生 坯按顺序放入压铸机腔内，先将压铸机预热到浸渗温度保持20分钟，然后将熔融的铝合金 液倒入放置预制体的模具内，以25-40N/S的加载速率施加压力将铝合金液压入预制体内， 在浸渗压力下时保持5分钟，最后待铸块冷却后与模具分离，然后将铸块重新熔化除去多 余的铝合金得到金属_陶瓷复合材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，包括下述步骤步骤一、按重量百分数准备碳化硅粉末30 %、纳米氧化钛20 %、硅铝合金45 %以及5 % 的PVB有机粘接剂，先将30%碳化硅粉末、20%纳米氧化钛粉末两种原料用无水乙醇作为 分散剂湿法球磨制备成混合粉末；步骤二、将混合粉末干燥，并加入准备好的5%的PVB有机粘接剂搅拌均勻后过200目 筛造粒；所用的PVB有机粘接剂纯度在99%以上；步骤三、根据所需制品形状选择模具，将上述造粒料装入模具型腔内，压力为80MPa 模压成型；将压制好的生坯，放入烘箱干燥固化，干燥固化工艺为室温至60°C 2h，60°C 80°C 4h，80°C 100°C 4h，100°C 140°C下保温时间大于 8h ；步骤四、将烘干后的坯料放入空气炉内于600°C保温lh排胶，排胶后，将压铸机内壁与 金属压头之间的接触表面涂上一层BN，以便渗铝后脱模，然后将多孔预制体即烘干后的坯 料按顺序放入压铸机腔内，先将压铸机预热到浸渗温度保持20分钟，然后将熔融的铝合金 液倒入放置预制体的模具内，以30N/S的加载速率施加压力将铝合金液压入预制体内，在 浸渗压力下时保持5分钟，最后待铸块冷却后与模具分离，然后将铸块重新熔化除去多余 的铝合金得到金属_陶瓷复合材料。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，包括下述步骤 步骤一、按重量百分数准备碳化硅粉末37 %、纳米氧化钛15%、硅铝合金42 %以及6 % 的PVB有机粘接剂，先将37%碳化硅粉末、15%纳米氧化钛粉末两种原料用无水乙醇作为 分散剂湿法球磨制备成混合粉末；步骤二、将混合粉末干燥，并加入准备好的6%的PVB有机粘接剂搅拌均勻后过200目 筛造粒；所用的PVB有机粘接剂纯度在99%以上；步骤三、根据所需制品形状选择模具，将上述造粒料装入模具型腔内，压力为80MPa 模压成型；将压制好的生坯，放入烘箱干燥固化，干燥固化工艺为室温至60°C 2h，60°C 80°C 4h，80°C 100°C 4h，100°C 140°C下保温时间大于 8h ；步骤四、将烘干后的坯料放入空气炉内于600°C保温lh排胶，排胶后，将压铸机内壁与 金属压头之间的接触表面涂上一层BN，以便渗铝后脱模，然后将多孔预制体即烘干后的坯 料按顺序放入压铸机腔内，先将压铸机预热到浸渗温度保持20分钟，然后将熔融的铝合金 液倒入放置预制体的模具内，以30N/S的加载速率施加压力将铝合金液压入预制体内，在 浸渗压力下时保持5分钟，最后待铸块冷却后与模具分离，然后将铸块重新熔化除去多余 的铝合金得到金属_陶瓷复合材料。
全文摘要
一种金属增韧碳化硅基复合陶瓷及制备方法，按重量百分数，包括碳化硅粉末30％～40％、纳米氧化钛粉末5％～20％和硅铝合金40％～50％以及2％～8％的PVB有机粘接剂，先将碳化硅粉末、纳米氧化钛粉末两种原料用无水乙醇作为分散剂湿法球磨制备成混合粉末、干燥并加入PVB有机粘接剂造粒，然后压制成生坯，放入烘箱干燥固化，最后排胶将熔融的铝合金液倒入放置预制体的模具内浸渗，冷却后与模具分离，然后将铸块重新熔化除去多余的铝合金得到复合陶瓷，本发明结合反应烧结和压力浸渗的方法制得生坯后通过压力浸渗工艺，在浸渗过程中同时完成浸渗和颗粒的结合，利用金属改善陶瓷韧性，是一种相对简单的工艺方法。
文档编号C04B35/71GK101973777SQ20101028723
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月17日 优先权日2010年9月17日
发明者乔冠军, 刘荣臻, 杨建锋, 谷文炜, 金志浩, 鲁元 申请人:西安交通大学