专利名称：一种陶瓷金属复合制品及其制备方法
技术领域：
本发明涉及导热材料领域，具体涉及ー种陶瓷金属复合制品及其制备方法。
背景技术：
陶瓷金属复合材料是复合材料领域中研究最多、应用最广的ー类复合材料，例如，SiC/Al复合材料因其具有优异的物理和力学性能2 3倍于钛合金的比強度、优于铍材的高尺寸稳定性、可以与钢材或钛合金甚至是陶瓷基片匹配的低线膨胀系统、与铍材强度及碳化硅陶瓷相当的热导率、远高于铝合金的屈服强度以及与铸造铝合金相当的断裂韧性等，目前已成为最为理想的电子封装材料之一。近年来，陶瓷金属复合材料的研究成为材料研究领域的热点。以SiC/Al复合材料的制备为例，目前业界常用的制备SiC/Al复合材料或制品的 方法是SiC预制体一Al液熔渗法，国外ー些大公司采用SiC预制体一Al液熔渗法成功开发出各种高性能的热封装材料和功能制品，国内ー些高校和研究所采用SiC预制体一Al液熔渗法也成功制备出电子封装用SiC/Al复合材料。SiC预制体一Al液熔渗法首先是将ー定比例的SiC微粉和成型剂(如石蜡等)通过粉末冶金模压技术制备出SiC预制体，然后将成形剂脱除并进行预烧结制备出具有一定孔隙度的SiC骨架，最后通过压カ将Al熔液渗入到SiC骨架的孔隙中，从而制备出SiC/Al复合制品。然而，SiC预制体一Al液熔渗法在Al熔液渗入的过程中，Al熔液会反渗出SiC预制体的表面，熔渗エ艺后，在SiC预制体的表面会出现Al熔液凝固后形成的凸点或凸块，需要后处理工序来除去这些凸点或凸块，并且，因为SiC/Al复合制品的硬度非常高，机加工较困难，所以后处理过程耗时耗力，不利于节约成本和时间。
发明内容
本发明为了解决采用现有技术制备陶瓷金属复合材料时，在金属熔液渗入预制体的过程中，金属熔液会反渗出预制体的表面，需要后加工エ序进行处理的技术问题。本发明提供了一种陶瓷金属复合制品，包括多孔陶瓷基体以及填充于所述多孔陶瓷基体的孔隙内的金属材料，所述多孔陶瓷基体的外表面设有裸露区和阻渗区，所述阻渗区覆盖有陶瓷层。在所述的陶瓷金属复合制品中，优选地，所述阻渗区的面积大于所述裸露区的面积。在所述的陶瓷金属复合制品中，优选地，所述多孔陶瓷基体的孔隙度为23-35% ；所述陶瓷层的厚度为10-12 μ m。在所述的陶瓷金属复合制品中，优选地，所述陶瓷层和所述多孔陶瓷基体由相同的陶瓷材料制成。在所述的陶瓷金属复合制品中，优选地，所述多孔陶瓷基体为SiC多孔陶瓷基体，所述陶瓷层为SiC层。
在所述的陶瓷金属复合制品中，优选地,所述金属材料选自Al、Cu、Fe、Ni、Mg中的一种或者Al、Cu、Fe、Ni、Mg的合金中的ー种。本发明还提供了一种陶瓷金属复合制品的制备方法，包括下述步骤
步骤I、提供多孔陶瓷预制体，所述多孔陶瓷预制体的外表面包括裸露区和阻渗区； 步骤2、在所述多孔陶瓷预制体的阻渗区形成陶瓷层；
步骤3、通过所述多孔陶瓷预制体的裸露区熔渗金属材料的熔液，使所述多孔陶瓷预制体的孔隙内填入所述金属材料的熔液，冷却后得到如上所述的陶瓷金属复合制品。在所述的陶瓷金属复合制品的制备方法中，优选地，在步骤2中，通过化学气相沉积的方法在所述多孔陶瓷预制体的阻渗区形成陶瓷层。在所述的陶瓷金属复合制品的制备方法中，优选地，在化学气相沉积前，通过遮盖 物覆盖所述裸露区避免在裸露区生成陶瓷层，在化学气相沉积后，撤去覆盖于裸露区上的遮盖物。在所述的陶瓷金属复合制品的制备方法中，优选地，在步骤3中，所述熔渗采用无压熔渗的方法，所述无压熔渗的条件为在惰性气体的保护气氛中，在金属材料的熔点之上的温度下进行，并且在该温度下，金属材料的熔液与多孔陶瓷预制体的润湿角小于90°。在所述的陶瓷金属复合制品的制备方法中，优选地，所述裸露区位于所述阻渗区的上方。在所述的陶瓷金属复合制品的制备方法中，优选地，所述多孔陶瓷预制体由SiC陶瓷粉体制成；所述陶瓷层为SiC层；所述金属材料选自Al、Cu、Fe、Ni、Mg中的一种或者Al、Cu、Fe、Ni、Mg的合金中的一种。实施本发明的有益效果本发明将多孔陶瓷预制体的表面区分为裸露区和阻渗区，在所述阻渗区生成一层致密的陶瓷层；在熔渗阶段，通过所述裸露区进行压カ熔渗或无压熔渗，同时，所述阻渗区形成的陶瓷层在熔渗阶段能够起到阻渗作用，避免金属熔体的溢出，从而达到近净成形的目的，无需进行后处理工艺(例如磨削、抛光处理)即可得到金属陶瓷复合制品，节约成本和时间，并且所得到金属陶瓷复合制品的致密度高、表观性能好。
具体实施例方式为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一歩详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明提供了一种陶瓷金属复合制品的制备方法，包括下述步骤
步骤I、提供多孔陶瓷预制体所述多孔陶瓷预制体可以采用现有的制备方法制成，具体步骤包括称取配方量的原料，所述原料包含陶瓷粉体、粘结剂、表面活性剤，采用干压、挤出、热压铸、注射等成型方法制备生坯，经排胶、预烧后制得多孔陶瓷预制体。其中，所述陶瓷粉体可选择本领域常见的用于制作陶瓷金属复合制品的陶瓷粉体，优选地，所述陶瓷粉体选自SiC、AlN、BN等陶瓷粉体中的ー种，粒径为I -150 μ m;所述粘结剂和表面活性剂可采用本领域常用的粘结剂和表面活性剤，其作用和种类已为本领域技术人员所公知。所述粘结剂优选为多聚合物组元石蜡基粘结剂(PW)、聚醋酸こ烯酯(PVA)、环氧树脂(EP)、聚こ烯(PE)、こ烯-醋酸こ烯共聚物(EVA)等中的ー种，具有较低的熔点(例如PW的熔点仅为50-60°C)，并且在排胶阶段易于除去；所述表面活性剂优选为硬脂酸(SA)、油酸中的ー种，表面活性剂的作用在于改善陶瓷粉体与粘结剂的相容性。在本发明中，以100重量份的陶瓷粉体为基准，所述粘结剂的含量为8. 5-14重量份，所述表面活性剂的含量为O. 7-1重量份。所述干压、挤出、热压铸、注射等成型方法所采用的设备和制作步骤已为本领域技术人员所公知，实际成型时，可根据所选用的陶瓷粉体、粘结剂、表面活性剂的种类和含量的不同，适当的调节其制备条件和參数。所述排胶エ艺也为本领域技术人员所公知，其作用在于除去生坯中的粘结剂，可根据实际情况进行调节，在本发明中，优选以缓慢升温和分段升温的方式进行排胶，例如以5°C /min-10°C /min的速度升温至50°C _60°C，然后以O. 2-0. 5°C /min的速度升温至150°C ±20°C，在150°C ±20°C下保温l_3h，再以O. 2-0. 5°C/min的速度升温至3000C ±30°C，在 300°C下保温 l_3h。所述预烧エ艺也为本领域技术人员所公知，可根据实际情况进行调节，例如SiC多孔陶瓷预制体的预烧温度在1000-1200°C，在预烧阶段控制预烧温度，能够使坯体获得一定的強度，并能够使SiC多孔陶瓷预制体的孔隙为开孔；优选地，在排胶完成后以10°C/min±5°C /min的速度升温至1000-
1200°C进行预烧处理，预烧时间为l_3h，预烧完成后得到具有一定孔隙度和強度的多孔陶瓷预制体。在排胶和预烧结的过程中，通过控制温度，可以使得粘结剂被脱除后所留下的孔隙全部为开孔，这样可以保证金属熔液在毛细管カ的作用下充分填充到多孔陶瓷预制体的孔隙中，使得后续制备得到陶瓷金属复合制品的致密度较高。根据对陶瓷金属复合制品的性能的要求，所制得的多孔陶瓷预制体的孔隙度为23-35%，且上述孔隙为开孔，露出陶瓷预制体的表面，用于填充金属材料。所述多孔陶瓷预制体的孔隙度可利用现有的排水法进行测试，然后根据多孔陶瓷预制体的体积计算所需的金属材料的量，多孔陶瓷预制体的体积越大，则膨胀系数越低，当陶瓷金属复合制品为散热基板时，与覆铜板匹配性好；而金属材料的填充体积越大，则制得的陶瓷金属复合制品的強度高、韧性好，根据实际需要，所述金属材料的填充体积可占多孔陶瓷预制体总体积的23-35%。在本发明中，设定所述多孔陶瓷预制体的外表面包括裸露区和阻渗区，所述阻渗区用于制作陶瓷层，所述裸露区用于熔渗金属熔液；一般来说，所述裸露区的设置面积小于所述阻渗区的设置面积，所述裸露区的设置面积只需留有可以熔渗金属熔液的面积即可，例如对于用于电子产品散热的陶瓷散热基板(呈六面体结构)来说，仅需将陶瓷基板的一表面设置为裸露区，而将陶瓷基板的另外五个表面设置为阻渗区，以使阻渗效果更佳，最終制得的制品的表观性能更好。步骤2、在所述多孔陶瓷预制体的阻渗区形成陶瓷层；本领域的技术人员知道，很多陶瓷材料，例如=SiC (俗称金刚砂)，硬度非常高，给SiC金属复合制品的后处理工艺带来了较大的困难。本发明的的主要改进就在于在多孔陶瓷预制体的阻渗区制作一层致密的、在高温下与金属材料不反应或轻微反应的陶瓷层(防止金属材料的溶液滲出的阻渗层)，该陶瓷层在熔渗过程中将起到阻渗的作用，能够有效避免金属熔液从多孔陶瓷预制体的表面、溢出，从而达到近净成形的目的，无需进行后续的后处理工艺，这种近净成形的方案能够有效地提闻最终广品的质量。在本发明中，该起到阻渗作用的陶瓷层优选地在所述多孔陶瓷预制体的阻渗区通过化学气相沉积的方法形成，所述化学气相沉积的原理已为本领域技术人员所公知，化学气相沉积是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面的エ艺技术，化学气相沉积后，在多孔陶瓷预制体的表面形成的陶瓷层，所述陶瓷层的厚度可通过控制化学气 相沉积的时间进行控制，优选地，在多孔陶瓷预制体的表面形成的陶瓷层的厚度为10-12 μ m。可以理解的是，只要能够在所述多孔陶瓷预制体的阻渗区形成致密陶瓷层的方法均可用于本发明，不限于化学气相沉积的方法，还可以为磁控溅射等方法。在本发明中，优选地，所述陶瓷层和所述多孔陶瓷基体由相同的陶瓷材料制成，能够使陶瓷层和多孔陶瓷预制体的附着性能更佳，并且不会引入与多孔陶瓷预制体不同的陶瓷材料，制成的陶瓷金属复合制品的性能更佳。以在SiC多孔陶瓷预制体的表面生成SiC涂层为例，制备过程为以SiC多孔陶瓷预制体为坯体，以液态碳硅烷为先驱体，以H2为载气，采用石英管式炉为反应装置，采用鼓泡的方式(即让H2通过装有液态碳硅烷的容器后再通入反应室)将先驱体带入反应室，通过流量计控制H2的流量，沉积温度控制在800°C -1200°C，沉积过程中持续抽真空以保持低压(压カ小于O. IMPa)，重复沉积3h-5h，制得附有致密SiC层的预制体。在本步骤中，为了避免多孔陶瓷预制体的裸露区也沉积有陶瓷层，在化学气相沉积前，通过遮盖物覆盖所述裸露区避免在裸露区生成陶瓷层，在化学气相沉积后，撤去覆盖于裸露区上的遮盖物。步骤3 :通过所述多孔陶瓷预制体的裸露区熔渗金属材料的熔液，使得所述多孔陶瓷基体的孔隙内填入所述金属材料的熔液，冷却后制得陶瓷金属复合制品。在本步骤中，所述熔渗可以为压力熔渗也可以为无压熔渗，所述压カ熔渗已为本领域技术人员所公知，在此不做赘述。本发明优选无压熔渗的方法，所述无压熔渗的条件为在惰性气体的保护气氛中，在金属材料的熔点之上进行，以使金属材料熔融形成金属熔液，并且还需保证在该温度下，金属熔液与陶瓷的润湿角小于90°，此时，金属熔液能够通过孔隙的毛细管作用滲透到多孔陶瓷预制体的孔隙中，熔渗完成后即得陶瓷金属复合制品。所述金属材料采用本领域常见的用于制作陶瓷金属复合制品的金属材料，优选地，所述金属材料选自Al、Cu、Fe、Ni、Mg中的一种或者Al、Cu、Fe、Ni、Mg的合金中的ー种。更优选地，所述金属材料选自Al或Al合金,所述的Al合金的成分可以为Mg 3-10wt%、Si5-20wt%，余量为 Al。以在SiC多孔陶瓷预制体的裸露区熔渗Al为例，无压熔渗的条件为将Al置于SiC多孔陶瓷预制体的裸露区的上方，在惰性气体的保护气氛中，以5-15°C /min的速度升至900-1100で对SiC多孔陶瓷预制体进行无压熔渗金属熔液，熔渗完成后，自然冷却到室温，得到SiC-AI的复合制品。在本发明中，所述金属熔液通过裸露区进入多孔陶瓷预制体的孔隙中，当金属熔液进入多孔陶瓷预制体后，由于多孔陶瓷预制体除裸露区外的其它区域(即阻渗区)附着有陶瓷层，该陶瓷层具有阻渗的作用，能够防止金属熔液反滲出多孔陶瓷预制体，因而，在陶瓷预制体的表面不会出现金属熔液凝固后形成的凸点或凸块，无需后处理工序来进行加エ，能够实现近净成型。可以理解的是，在本步骤的无压熔渗的过程中，所述裸露区位于阻渗区的上方，有利于无压熔渗的完成，井能有效提高制得的陶瓷金属复合制品的质量。通过上述陶瓷金属复合制品的制备方法所制得的陶瓷金属复合制品包括多孔陶瓷基体以及填充于所述多孔陶瓷基体的孔隙内的金属材料，所述多孔陶瓷基体的外表面设有裸露区和阻渗区，所述阻渗区覆盖有陶瓷层。其中，所述多孔陶瓷基体采用本领域常见的用于制作陶瓷金属复合制品的陶瓷材料制成，优选地，所述多孔陶瓷基体为SiC多孔陶瓷基体，所述陶瓷层优选地采用与所述多孔陶瓷基体相同的陶瓷材料制成。所述金属材料采用本领域常见的用于制作陶瓷金属复合制品的金属材料，优选地，所述金属材料选自Al、Cu、Fe、Ni、Mg中的一种或者Al、Cu、Fe、Ni、Mg的合金中的ー种。更优选地，所述金属材料选自Al或Al合金。综上所述，本发明将多孔陶瓷预制体的表面区分为裸露区和阻渗区，在所述阻渗区的表面生成一层致密的陶瓷层；在熔渗阶段，通过所述裸露区进行压力/无压熔渗，而所 述待沉淀区表面形成的陶瓷层在熔渗阶段能够起到阻渗作用，避免金属熔体的溢出，从而达到近净成形的目的，无需进行后处理工艺(例如磨削、抛光处理)即可得到金属陶瓷复合制品，节约成本和时间，并且所得到金属陶瓷复合制品的致密度高、表观性能好。下面通过具体实施例对本发明做进ー步的具体描述。实施例I
1、称取IOOgSiC (平均粒径为20 μ m)、Ig SA、14g PW ;在热压铸机中下混料，混料温度为100°C，混料均匀之后在O. 7MPa的压カ下压铸成生坯；将所得的生坯在电阻炉内进行排胶、预烧处理，排胶过程以5°C /min的速度升温至50°C，然后以O. 2V /min的速度升温至150°C，在150°C下保温lh，再以O. 2°C /min的速度升温至300°C，在300°C下保温Ih。预烧过程排胶完成后以10°C /min的速度升温至1000°C进行预烧处理，预烧时间为3h，得SiC多孔陶瓷预制体；
2、以SiC多孔陶瓷预制体为坯体，将SiC多孔陶瓷预制体的表面区分为裸露区和阻渗区，在裸露区覆盖胶纸进行保护，然后以液态碳硅烷(配制聚碳硅烷的ニ甲苯熔液，聚碳硅烷质量分数为15%)为先驱体，H2为载气，反应装置采用石英管式炉，采用鼓泡的方式将先驱体带入反应室，通过流量计控制H2的流量，沉积温度控制在800°C。沉积过程中持续抽真空以保持低压(压カ小于O. IMPa)，重复沉积3h，制得附有致密SiC层的预制体；
3、利用排水法测试多孔陶瓷预制体的孔隙度为35%;按多孔陶瓷预制体的体积计算所需的Al量，将Al置于多孔陶瓷预制体的裸露区的上方一起放入熔渗炉中；在N2保护气氛中，以5°C /min的速度升至1000°C对预制体进行无压熔渗Al，熔渗完成后即得到SiC-Al的复合制品Pl ；
所得到的SiC-Al的复合制品Pl的表观性能好(无Al凝固后形成的凸点或凸块)，无需通过后处理工序对其表面进行加工。对比例I
I、称取IOOgSiC (平均粒径为20 μ m)、Ig SA、14g PW ;在热压铸机中下混料，混料温度100°C，均匀之后在O. 7MPa的压カ下压铸成形生坯；将得到的生坯在电阻炉内进行排胶、预烧处理，排胶过程以5°C /min的速度升温至50°C，然后以O. 2°C /min的速度升温至150°C，在150°C下保温lh，再以O. 2V /min的速度升温至300°C，在300°C下保温lh。预烧过程排胶完成后以10°C /min的速度升温至1000°C进行预烧处理，预烧时间为3h，得SiC多孔陶瓷预制体；
2、在N2保护气氛中，以5°C /min的速度升至1000°C对SiC多孔陶瓷预制体进行无压熔渗Al，熔渗完成后即得到SiC-Al的复合制品DPl ；
所得到的SiC-Al的复合制品DPl的表观性能差(陶瓷金属复合制品的表面有Al滲出并凝固后形成的凸点或凸块)，需要通过后处理工序对其表面进行加工，例如将SiC陶瓷预制件表面的Al残留在空气中重熔后，用金刚石锉刀打磨掉该SiC预制件表面黏附的Al残留，才能得到符合要求的陶瓷金属复合制品。实施例2
1、称取IOOgSiC(平均粒径为30μπι)、0. 8g SA、12g PW ;在热压铸机中下混料，混料温度120°C，混料均匀之后在O. SMPa的压カ下压铸成生坯。将所得的生坯在电阻炉内进行排胶、预烧处理，排胶过程以10°C /min的速度升温至60°C，然后以O. 2 °C /min的速度升温至140°C，在140°C下保温3h，再以O. 30C /min的速度升温至280°C，在280°C下保温3h。预·烧过程排胶完成后以8°C /min的速度升温至1000°C进行预烧处理，预烧时间为3h，得SiC多孔陶瓷预制体；
2、以SiC多孔陶瓷预制体为坯体，将SiC多孔陶瓷预制体的表面区分为裸露区和阻渗区，在裸露区覆盖陶瓷板进行保护，然后以液态碳硅烷(配制聚碳硅烷的ニ甲苯熔液，聚碳硅烷质量分数为18%)为先驱体，H2为载气，反应装置采用石英管式炉，采用鼓泡的方式将先驱体带入反应室，通过流量计控制H2的流量，沉积温度控制在1200°C。沉积过程中持续抽真空以保持低压(压カ小于O. IMPa)，重复沉积5h，制得附有致密SiC层的预制体；
3、利用排水法测试多孔陶瓷预制体的孔隙度为30%;按多孔陶瓷预制体的体积计算所需的Al合金(Al合金成分重量百分比Al:Si:Mg=70:20:10)，将所述的Al合金置于多孔陶瓷预制体的裸露区的上方一起放入熔渗炉中；在Ar保护气氛中，以15°C /min的速度升至1100°C对预制体进行无压熔渗Al合金，熔渗完成后即得到SiC-Al合金的复合制品P2 ；
所得到的SiC-Al合金的复合制品P2的表观性能好(无Al合金凝固后形成凸点或凸块)，无需通过后处理工序对其表面进行加工。对比例2
1、称取IOOgSiC(平均粒径为30μπι)、0. 8g SA、12g PW ;在热压铸机中下混料，混料温度120°C，混料均匀之后在O. SMPa的压カ下压铸成生坯。将所得的生坯在电阻炉内进行排胶、预烧处理，排胶过程以10°C /min的速度升温至60°C，然后以O. 2 °C /min的速度升温至140°C，在140°C下保温3h，再以O. 3°C /min的速度升温至280°C，在280°C下保温3h。预烧过程排胶完成后以8°C /min的速度升温至1000°C进行预烧处理，预烧时间为3h，得SiC多孔陶瓷预制体；
2、将所述的Al合金(Al合金成分重量百分比Al:Si:Mg=70:20:10)置于多孔陶瓷预制体的裸露区的上方一起放入熔渗炉中，在Ar保护气氛中，以15°C /min的速度升至1100°C对预制体进行无压熔渗Al合金，熔渗完成后即得到SiC-Al合金的复合制品DP2 ；
所得到的SiC-Al合金的复合制品DP2的表观性能差(陶瓷金属复合制品的表面有Al合金渗出并凝固后形成的凸点或凸块)，需要通过后处理工序对其表面进行加工，例如将SiC陶瓷预制件表面的Al合金残留在空气中重熔后，用金刚石锉刀打磨掉该SiC预制件表面黏附的Al合金残留，才能得到符合要求的陶瓷金属复合制品。实施例3
1、称取IOOgSiC(平均粒径为30μπι)、0. 8g SA、12g PW ;在热压铸机中下混料，混料温度120°C，混料均匀之后在O. SMPa的压カ下压铸成生坯。将所得的生坯在电阻炉内进行排胶、预烧处理，排胶过程以10°C /min的速度升温至60°C，然后以O. 2 °C /min的速度升温至140°C，在140°C下保温3h，再以O. 3°C /min的速度升温至280°C，在280°C下保温3h。预烧过程排胶完成后以8°C /min的速度升温至1000°C进行预烧处理，预烧时间为3h，得SiC多孔陶瓷预制体；
2、以SiC多孔陶瓷预制体为坯体，将SiC多孔陶瓷预制体的表面区分为裸露区和阻渗区，在裸露区覆盖陶瓷板进行保护，然后以液态碳硅烷(配制聚碳硅烷的ニ甲苯熔液，聚碳硅烷质量分数为18%)为先驱体，H2为载气，反应装置采用石英管式炉，采用鼓泡的方式将先 驱体带入反应室，通过流量计控制H2的流量，沉积温度控制在1200°C。沉积过程中持续抽真空以保持低压(压カ小于O. IMPa)，重复沉积5h，制得附有致密SiC层的预制体；
3、利用排水法测试多孔陶瓷预制体的孔隙度为30%;按多孔陶瓷预制体的体积计算所需的Al合金(Al合金成分重量百分比Al:Si:Mg=91:6:3)，将所述的Al合金置于多孔陶瓷预制体的裸露区的上方一起放入熔渗炉中；在Ar保护气氛中，以15°C /min的速度升至1100°C对预制体进行无压熔渗Al合金，熔渗完成后即得到SiC-Al合金的复合制品P3 ；
所得到的SiC-Al合金的复合制品P2的表观性能好(无Al合金凝固后形成凸点或凸块)，无需通过后处理工序对其表面进行加工。对比例3
1、称取IOOgSiC(平均粒径为30μπι)、0. 8g SA、12g PW ;在热压铸机中下混料，混料温度120°C，混料均匀之后在O. SMPa的压カ下压铸成生坯。将所得的生坯在电阻炉内进行排胶、预烧处理，排胶过程以10°C /min的速度升温至60°C，然后以O. 2 °C /min的速度升温至140°C，在140°C下保温3h，再以O. 3°C /min的速度升温至280°C，在280°C下保温3h。预烧过程排胶完成后以8°C /min的速度升温至1000°C进行预烧处理，预烧时间为3h，得SiC多孔陶瓷预制体；
2、将所述的Al合金(Al合金成分重量百分比Al:Si:Mg=91:6:3)置于多孔陶瓷预制体的裸露区的上方一起放入熔渗炉中，在Ar保护气氛中，以15°C /min的速度升至1100°C对预制体进行无压熔渗Al合金，熔渗完成后即得到SiC-Al合金的复合制品DP3 ；
所得到的SiC-Al合金的复合制品DP3的表观性能差(陶瓷金属复合制品的表面有Al合金渗出并凝固后形成的凸点或凸块)，需要通过后处理工序对其表面进行加工，例如将SiC陶瓷预制件表面的Al合金残留在空气中重熔后，用金刚石锉刀打磨掉该SiC预制件表面黏附的Al合金残留，才能得到符合要求的陶瓷金属复合制品。实施例4
I、称取IOOg SiC (平均粒径为50μ )、0. 7g SA、9g PW ;在混炼机上于120°C混炼2小时，制粒后在注射机上注射成形生坯，注射温度为180°C，注射压カ为lOOMpa，将所得的生坯在电阻炉内进行排胶、预烧处理，排胶过程以10°C /min的速度升温至60°C，然后以
O.30C /min的速度升温至140°C，在140°C下保温3h，再以O. 4°C /min的速度升温至270°C，在270°C下保温3h。预烧过程排胶完成后以15°C /min的速度升温至1200°C进行预烧处理，预烧时间为2h，得SiC多孔陶瓷预制体；
2、以SiC多孔陶瓷预制体为坯体，将SiC多孔陶瓷预制体的表面区分为裸露区和阻渗区，在裸露区覆盖陶瓷板进行保护，然后以液态碳硅烷(配制聚碳硅烷的ニ甲苯熔液，聚碳硅烷质量分数为20%)为先驱体，H2为载气，反应装置采用石英管式炉，采用鼓泡的方式将先驱体带入反应室，通过流量计控制H2的流量，沉积温度控制在1150°C。沉积过程中持续抽真空以保持低压(压カ约IOOOPa)， 重复沉积4h，制得附有致密SiC层的预制体；
3、利用排水法测试多孔陶瓷预制体的孔隙度为25%;按多孔陶瓷预制体的体积计算所需的Mg量，将Mg置于多孔陶瓷预制体的裸露区的上方一起放入熔渗炉中；在N2保护气氛中，以5°C /min的速度升至900°C对预制体进行无压熔渗Mg，熔渗完成后即得到SiC-Mg的复合制品P4 ；
所得到的SiC-Mg的复合制品P4的表观性能好(无Mg凝固后形成的凸点或凸块)，无需通过后处理工序对其表面进行加工。对比例4
I、称取IOOg SiC (平均粒径为50μ )、0. 7g SA、9g PW ;在混炼机上于120°C混炼2小时，制粒后在注射机上注射成形生坯，注射温度为180°C，注射压カ为lOOMpa，将所得的生坯在电阻炉内进行排胶、预烧处理，排胶过程以10°C /min的速度升温至60°C，然后以O. 30C /min的速度升温至140°C，在140°C下保温3h，再以O. 4°C /min的速度升温至270°C，在270°C下保温3h。预烧过程排胶完成后以15°C /min的速度升温至1200°C进行预烧处理，预烧时间为2h，得SiC多孔陶瓷预制体；
2)、在N2保护气氛中，以5°C /min的速度升至900°C对预制体进行无压熔渗Mg，熔渗完成后即得到SiC-Mg的复合制品P4 ；
所得到的SiC-Mg的复合制品DP4的表观性能差(陶瓷金属复合制品的表面有Mg渗出并凝固后形成的凸点或凸块)，需要通过后处理工序对其表面进行加工，例如将SiC陶瓷预制件表面的Mg残留在空气中重熔后，用金刚石锉刀打磨掉该SiC预制件表面黏附的Mg残留，才能得到符合要求的陶瓷金属复合制品。实施例5
1、称取IOOgSiC (平均粒径为35μ )、0· 8g SA、12g PW ;在混炼机上于100°C混炼3小时，制粒后在注射机上注射成形生坯，注射温度为170°C，注射压カ为120Mpa，将所得的生坯在电阻炉内进行排胶、预烧处理，排胶过程以5°C /min的速度升温至50°C，然后以
O.2V /min的速度升温至130°C，在130°C下保温3h，再以O. 3°C /min的速度升温至270°C，在270°C下保温2h。预烧过程排胶完成后以10°C /min的速度升温至1000°C进行预烧处理，预烧时间为3h，得SiC多孔陶瓷预制体；
2、以SiC多孔陶瓷预制体为坯体，将SiC多孔陶瓷预制体的表面区分为裸露区和阻渗区，在裸露区覆盖陶瓷板进行保护，然后以液态碳硅烷(配制聚碳硅烷的ニ甲苯熔液，聚碳硅烷质量分数为25%)为先驱体，H2为载气，反应装置采用石英管式炉，采用鼓泡的方式将先驱体带入反应室，通过流量计控制H2的流量，沉积温度控制在1050°C。沉积过程中持续抽真空以保持低压(压カ约IOOOPa)，重复沉积3. 5h，制得附有致密SiC层的预制体；
3、利用排水法测试多孔陶瓷预制体的孔隙度为30%;按多孔陶瓷预制体的体积计算所需的Cu量，将Cu置于多孔陶瓷预制体的裸露区的上方一起放入熔渗炉中；在N2保护气氛中，以10°C /min的速度升至1300°C对预制体进行无压熔渗Cu，熔渗完成后即得到SiC-Cu的复合制品P5 ；
所得到的SiC-Cu的复合制品P5的表观性能好(无Cu凝固后形成的凸点或凸块)，无需通过后处理工序对其表面进行加工。对比例5
I、称取IOOg SiC (平均粒径为35μ )、0· 8g SA、12g PW ;在混炼机上于100°C混炼3小时，制粒后在注射机上注射成形生坯，注射温度为170°C，注射压カ为120Mpa，将所得的生坯在电阻炉内进行排胶、预烧处理，排胶过程以5°C /min的速度升温至50°C，然后以
O.2V /min的速度升温至130°C，在130°C下保温3h，再以O. 3°C /min的速度升温至270°C， 在270°C下保温2h。预烧过程排胶完成后以10°C /min的速度升温至1000°C进行预烧处理，预烧时间为3h，得SiC多孔陶瓷预制体；
将Cu置于多孔陶瓷预制体的裸露区的上方一起放入熔渗炉中，在N2保护气氛中，以IO0C /min的速度升至1300°C对预制体进行无压熔渗Cu，熔渗完成后即得到SiC-Cu的复合制品DP5 ；
所得到的SiC-Cu的复合制品DP5的表观性能差(陶瓷金属复合制品的表面有Cu渗出并凝固后形成的凸点或凸块)，需要通过后处理工序对其表面进行加工，例如将SiC陶瓷预制件表面的Cu残留在空气中重熔后，用金刚石锉刀打磨掉该SiC预制件表面黏附的Cu残留，才能得到符合要求的陶瓷金属复合制品。
权利要求
1.一种陶瓷金属复合制品，其特征在于，包括多孔陶瓷基体以及填充于所述多孔陶瓷基体的孔隙内的金属材料，所述多孔陶瓷基体的外表面设有裸露区和阻渗区，所述阻渗区覆盖有陶瓷层。
2.根据权利要求I所述的陶瓷金属复合制品，其特征在于，所述阻渗区的面积大于所述裸露区的面积。
3.根据权利要求I所述的陶瓷金属复合制品，其特征在于，所述多孔陶瓷基体的孔隙度为23-35% ;所述陶瓷层的厚度为10-12 μ m。
4.根据权利要求I所述的陶瓷金属复合制品，其特征在于，所述陶瓷层和所述多孔陶瓷基体由相同的陶瓷材料制成。
5.根据权利要求I或4所述的陶瓷金属复合制品，其特征在于，所述多孔陶瓷基体为SiC多孔陶瓷基体，所述陶瓷层为SiC层。
6.根据权利要求I所述的陶瓷金属复合制品，其特征在于，所述金属材料选自Al、Cu、Fe、Ni、Mg中的一种或者Al、Cu、Fe、Ni、Mg的合金中的一种。
7.—种陶瓷金属复合制品的制备方法，其特征在于，包括下述步骤 步骤I、提供多孔陶瓷预制体，所述多孔陶瓷预制体的外表面包括裸露区和阻渗区； 步骤2、在所述多孔陶瓷预制体的阻渗区形成陶瓷层； 步骤3、通过所述多孔陶瓷预制体的裸露区熔渗金属材料的熔液，使所述多孔陶瓷预制体的孔隙内填入所述金属材料的熔液，冷却后得到如权利要求1-6所述的陶瓷金属复合制品O
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，通过化学气相沉积的方法在所述多孔陶瓷预制体的阻渗区形成陶瓷层。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，在化学气相沉积前，通过遮盖物覆盖所述裸露区避免在裸露区生成陶瓷层，在化学气相沉积后，撤去覆盖于裸露区上的遮盖物。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤3中，所述熔渗采用无压熔渗的方法，所述无压熔渗的条件为在惰性气体的保护气氛中，在金属材料的熔点之上的温度下进行，并且在该温度下，金属材料的熔液与多孔陶瓷预制体的润湿角小于90°。
11.根据权利要求7或10所述的制备方法，其特征在于，在步骤3中，所述裸露区位于所述阻渗区的上方。
12.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在干，其特征在干，所述多孔陶瓷预制体由SiC陶瓷粉体制成；所述陶瓷层为SiC层；所述金属材料选自Al、Cu、Fe、Ni、Mg中的ー种或者Al、Cu、Fe、Ni、Mg的合金中的ー种。
全文摘要
本发明提供了一种陶瓷金属复合制品，包括多孔陶瓷基体以及填充于所述多孔陶瓷基体的孔隙内的金属材料，所述多孔陶瓷基体的外表面设有裸露区和阻渗区，所述阻渗区覆盖有陶瓷层。本发明还提供了一种陶瓷金属复合制品的制备方法，包括下述步骤步骤1、提供多孔陶瓷预制体，所述多孔陶瓷预制体的外表面包括裸露区和阻渗区；步骤2、在所述多孔陶瓷预制体的阻渗区形成陶瓷层；步骤3、通过所述多孔陶瓷预制体的裸露区熔渗金属材料的熔液，使所述多孔陶瓷预制体的孔隙内填入所述金属材料的熔液，冷却后得到如上所述的陶瓷金属复合制品。本发明的制备方法能够实现陶瓷金属复合制品的近净成型，无需后处理工序，节约成本和时间。
文档编号B22D19/14GK102717052SQ20111007901
公开日2012年10月10日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者张旭, 徐述荣, 林信平, 林勇钊 申请人:比亚迪股份有限公司