【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及復(fù)合材料，具體為一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、復(fù)合材料是由兩種或更多種不同性質(zhì)的材料組合而成的新材料，通過優(yōu)化組分材料的性能來獲得單一材料無法達到的綜合性能。金屬結(jié)合陶瓷復(fù)合材料因其獨特的性能而被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、醫(yī)療器械等多個領(lǐng)域。這類復(fù)合材料通常具有較高的硬度、耐磨性、耐腐蝕性和良好的機械性能。然而，傳統(tǒng)的制備方法金屬與陶瓷之間的界面結(jié)合力較弱，導(dǎo)致復(fù)合材料在承受外力作用時容易發(fā)生分層或斷裂。且由于金屬和陶瓷的燒結(jié)溫度差異較大，傳統(tǒng)工藝需要較高的燒結(jié)溫度，這可能導(dǎo)致陶瓷相的變形或分解，從而影響復(fù)合材料的整體性能。同時傳統(tǒng)的成型方法難以完全排除氣孔，導(dǎo)致復(fù)合材料的致密度較低，影響其力學(xué)性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料及其制備方法，以解決上述
技術(shù)介紹
中提出的問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：
3、一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料及其制備方法，包括步驟：
4、(a)將選定金屬粉末與陶瓷粉末按特定比例混合以形成均勻混合物；
5、(b)對所述混合物采用超聲波振動輔助球磨處理，以改善粉末的分散性、提高混合均勻度和降低燒結(jié)溫度，球磨時間為2-4小時；
6、(c)在惰性氣氛中對所述混合物施加壓力并加熱，持續(xù)時間為2小時進行熱壓成型，且在熱壓成型過程中引入脈沖電磁場，以促進材料內(nèi)部顆粒間的致密化和改善材料的微
7、(d)向混合物中添加經(jīng)過表面處理的碳納米管作為納米顆粒增強相，所述碳納米管的添加量為混合物總質(zhì)量的1%，所述碳納米管預(yù)先經(jīng)過化學(xué)鍍鎳處理，并使用表面活性劑進行包覆，以增強與金屬和陶瓷基體的相容性和界面結(jié)合力；
8、(e)通過火花等離子燒結(jié)技術(shù)對成型后的樣品進行燒結(jié)處理，所述燒結(jié)過程在惰性氣氛中進行，持續(xù)時間為45分鐘；
9、所述火花等離子燒結(jié)的溫度高于所述金屬粉末的熔點但低于陶瓷粉末的熔點，所述燒結(jié)溫度為1250-1300℃，能夠在不破壞陶瓷相的情況下實現(xiàn)良好的界面結(jié)合。
10、優(yōu)選的，所述金屬粉末采用化學(xué)氣相沉積(cvd)工藝進行表面改性，以提高金屬粉末與陶瓷粉末之間的界面結(jié)合力。
11、優(yōu)選的，所述金屬粉末和陶瓷粉末的比例為1.5：1（重量比），該比例能夠使復(fù)合材料達到最佳的力學(xué)性能平衡。
12、優(yōu)選的，所述復(fù)合材料具有拉伸強度大于1.2gpa，斷裂韌性大于12mpa·m^(1/2)，適用于航空航天工業(yè)中的高溫高壓環(huán)境下的結(jié)構(gòu)部件。
13、優(yōu)選的，在步驟(b)的球磨處理過程中，加入少量的表面活性劑以減少粉末團聚，提高粉末的分散性，并且在球磨后進行干燥處理以去除表面活性劑殘留。
14、優(yōu)選的，所述熱壓成型的壓力范圍為180-220mpa，溫度范圍為1000-1100℃，所述條件下的熱壓成型能夠顯著提高復(fù)合材料的致密度和微觀結(jié)構(gòu)的均勻性。
15、優(yōu)選的，在步驟(c)的熱壓成型過程中，采用梯度升溫的方式，即從室溫緩慢升至熱壓成型的溫度范圍，以減少熱應(yīng)力，提高材料的微觀結(jié)構(gòu)均勻性和致密度。
16、優(yōu)選的，在步驟(e)的火花等離子燒結(jié)之后，進行退火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力并優(yōu)化微觀結(jié)構(gòu)，所述退火處理在惰性氣氛中進行，在1000-1100℃的溫度范圍內(nèi)持續(xù)1-2小時。
17、優(yōu)選的，所述金屬粉末選自鈦合金之一，所述陶瓷粉末選自氧化鋁之一。
18、更進一步的，本專利技術(shù)提供了一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料，所述復(fù)合材料通過上述制備方法制備得到的。
19、本專利技術(shù)至少具備以下有益效果：
20、（1）本方案通過金屬粉末的表面改性以及碳納米管的添加，顯著增強了金屬與陶瓷之間的界面結(jié)合力，提高了復(fù)合材料的整體性能，采用超聲波振動輔助球磨處理，改善了粉末的分散性，提高了混合均勻度，從而降低了燒結(jié)所需的溫度，避免了高溫下陶瓷相的變形或分解。使用超聲波振動輔助球磨處理，有效減少了粉末團聚現(xiàn)象，提高了粉末的分散性，使得復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)更加均勻。
21、（2）本方案在熱壓成型過程中引入脈沖電磁場，促進了材料內(nèi)部顆粒間的致密化，提高了復(fù)合材料的致密度。
22、（3）本方案通過梯度升溫的熱壓成型過程和后續(xù)的退火處理，優(yōu)化了復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)，提高了其綜合性能。
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1.一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：包括步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述金屬粉末采用化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝進行表面改性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述金屬粉末和陶瓷粉末的比例為1.5：1（重量比），該比例能夠使復(fù)合材料達到最佳的力學(xué)性能平衡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述復(fù)合材料具有拉伸強度大于1.2GPa，斷裂韌性大于12MPa·m^(1/2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：在步驟(b)的球磨處理過程中，加入少量的表面活性劑以減少粉末團聚，并且在球磨后進行干燥處理以去除表面活性劑殘留。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述熱壓成型的壓力范圍為180-220MPa，溫度范圍為1000-1100℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：在步驟(e)的火花等離子燒結(jié)之后，進行退火處理，所述退火處理在惰性氣氛中進行，在1000-1100℃的溫度范圍內(nèi)持續(xù)1-2小時。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述金屬粉末選自鈦合金之一，所述陶瓷粉末選自氧化鋁之一。
10.一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料，其特征在于，通過權(quán)利要求1-9任一項所述制備方法制備得到的。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：包括步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述金屬粉末采用化學(xué)氣相沉積(cvd)工藝進行表面改性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述金屬粉末和陶瓷粉末的比例為1.5：1（重量比），該比例能夠使復(fù)合材料達到最佳的力學(xué)性能平衡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述復(fù)合材料具有拉伸強度大于1.2gpa，斷裂韌性大于12mpa·m^(1/2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度金屬結(jié)合陶瓷的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：在步驟(b)的球磨處理過程中，加入少量的表面活性劑以減少粉末團聚，并且在球磨后進行干燥處理以去除表面活性劑殘留。
6.根據(jù)權(quán)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：焦暘，王飛，
申請(專利權(quán))人：北京蓬遠新材料有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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