專利名稱：一種陶瓷晶須增強(qiáng)(韌)金屬間化合物基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種金屬間化合物基復(fù)合材料的制造方法。陶瓷晶須(如SiC、SiN、Al2O3等)具有優(yōu)異的比強(qiáng)度，比鋼度、高耐熱性等特性，目前大都用來(lái)與輕金屬(如Al、Mg及其合金)復(fù)合，制成金屬基復(fù)合材料，在國(guó)外已在航天航空領(lǐng)域已有所應(yīng)用。經(jīng)理論計(jì)算SiC晶須的抗拉強(qiáng)度在1200kgf/mm2左右，但由于基體強(qiáng)度以及耐熱性與之相比相差太遠(yuǎn)，故晶須各項(xiàng)優(yōu)越性能還不能充分發(fā)揮出采。
金屬間化合物具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度特性，在采來(lái)的飛機(jī)引擎、汽輪機(jī)葉片、宇航飛行器等對(duì)耐熱，輕質(zhì)有要求的部件上有著誘人的應(yīng)用前景，目前世界幾個(gè)技術(shù)先進(jìn)國(guó)家都在投巨資研究開(kāi)發(fā)中。
然而金屬間化合物的最大弊端是脆性大，難加工，為此許多研究者使用了合金化的方法改善其脆性，這是較為有效的方法但還很有限，且有部分強(qiáng)度損失。
如果在金屬間化合物中加入晶須即可以充分發(fā)揮晶須的強(qiáng)度、剛度特性又可以改變金屬間化合物的宏觀組織結(jié)構(gòu)以增加韌性，同時(shí)再配合合金化的增韌方法將得到高性能的金屬間化合物基復(fù)合材料。
目前金屬間化合物的制備工藝很復(fù)雜，成本很高，若制備金屬間化合物基復(fù)合材料在制備工藝上必須有所突破。
本發(fā)明目的是針對(duì)金屬間化合物制備工藝復(fù)雜，設(shè)備昂貴，和金屬間化合脆性大，難以實(shí)用的問(wèn)題而提出的。
具體任務(wù)是將晶須與金屬間化合物中的離熔點(diǎn)金屬粉末混合制成一定形狀的予制塊，利用金屬間化合物的反應(yīng)生成熱力學(xué)條件在極簡(jiǎn)單的壓力鑄造設(shè)備上，借助外界壓力將金屬間化合物中的低熔點(diǎn)金屬滲透到混合物的予制塊中，同時(shí)反應(yīng)生成夾雜有晶須的金屬間化合物，從而得到高強(qiáng)度，高韌性且低成本的金屬間化合物基復(fù)合材料。
本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容是本發(fā)明的制備方法是在

圖1的裝置下進(jìn)行的。其中1為沖頭，2為金屬溶液，3為預(yù)制塊，4為模具，5為壓力機(jī)臺(tái)面，6為電爐。具體的制備方法按以下步驟進(jìn)行(1)首先將碳化硅晶須SiC與組成金屬間化合物的高熔點(diǎn)金屬粉末鈦Ti粉，按1∶5～1∶20的比例混合，視材料韌化設(shè)計(jì)需要還可以加入相當(dāng)于鈦粉的1～5％的韌化元素金屬粉末如鉻Cr、或鈮Nb、或硅Si、錳Mn、釩V、鉬Mo等，形成予制塊。予制塊的體積分?jǐn)?shù)以滿足金屬間化合物組成的原子比為準(zhǔn)，如果欲得到TiAl基，晶須含量為5％的復(fù)合材料時(shí)，予制塊體積分?jǐn)?shù)約為51.6％。
高熔點(diǎn)金屬粉末還可以采用鎳Ni、鈮Nb、錳Mn、鐵Fe，按上述比例與氮化硅SiN、或氧化鋁Al2O3晶須混合，也可加入上述的其中一種韌化元素。
(2)然后將予制塊放置于金屬制的模具中加熱至適當(dāng)溫度(如680℃～700℃)。
(3)再將組成金屬間化合物的低熔點(diǎn)金屬(如Al)熔化，升溫到適當(dāng)溫度(如780℃～840℃)。
(4)采用擠壓鑄造法，將模具置于壓力機(jī)上，澆注低熔點(diǎn)金屬溶液再加壓使溶液滲入到予制塊內(nèi)部，在滲入的同時(shí)，在高溫下溶液與金屬粉末發(fā)生反應(yīng)，生成金屬間化合物。
(5)在保持壓力的同時(shí)(如40～50MPa)自然冷卻到一定溫度(如400℃)后，脫模取出具有一定形狀的金屬間化合物基復(fù)合材料。
本發(fā)明提供了一個(gè)制備新型的晶須增強(qiáng)金屬間化合物基復(fù)合材料的高效率、低成本、可靠性強(qiáng)的新方法。用該方法可以獲得該復(fù)合材料的高強(qiáng)度，高韌性，高質(zhì)密性。
本發(fā)明還具有設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)便、可一次成形、成本低質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，為金屬間化合物基復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)創(chuàng)造了新途徑。
圖1為本發(fā)明提供的裝置原理結(jié)構(gòu)圖。
實(shí)施例1本發(fā)明實(shí)施例所采用的金屬粉末為T(mén)i粉(純度為99.9％)，金屬熔液為工業(yè)純鋁Al(純度為99.7％)晶須為SiN。
(1)首先將晶須與Ti粉按5∶51體積比混合，制成Φ32×20mm的予制塊。予制塊體積率為53.6％左右。
(2)然后將帶有予制塊的模具加熱至680℃同時(shí)將Al液加熱至840℃。
(3)在壓力機(jī)上澆注，加壓溶滲(加壓力為40MPa)。
(4)保持壓力冷卻至400℃后，脫模。
得到晶須體積率約為5％，基體為T(mén)i-48Al金屬間化合物的復(fù)合材料(照片如圖2)。
實(shí)施例2(1)本發(fā)明實(shí)施例所采用的金屬粉末為T(mén)i粉(純度為99.9％)及SiC晶須、工業(yè)統(tǒng)鋁Al(99.7％)和鉻Cr粉。
(2)先將Ti粉中混入1％重量比的Cr粉再將SiC晶須與Ti、Cr混合粉按5∶49體積比混合，制成Φ32×20mm的子制塊。予制塊體積率約為52％。
(3)將帶有予制塊的模具加熱至700℃，同時(shí)將鋁液加熱至840℃。
(4)在壓力機(jī)上澆注后加壓溶滲，加壓力為40MPa。
(5)保持壓力，冷卻至450℃后脫模。
得到SiC晶須體積率約為5％，基體為T(mén)iAl金屬間化合物的復(fù)合材料。
實(shí)施例3(1)原料采用Ni粉(純度為99.9％)SiC晶須，工業(yè)統(tǒng)鋁Al(99.7％)和鉻Cr粉。
(2)將SiC晶須與Ni粉按1.1∶8∶8，體積比混合，制成φ32×20mm的予制塊。予制塊體積率約為37.8％。
(3)將盛有予制塊的模具加熱至700℃，同時(shí)將鋁液加熱至860℃。
(4)在壓力機(jī)上澆注后，加壓溶滲，加壓力為30MPa。
(5)保持壓力，冷卻至450℃后脫模。
得到晶須體積率為5％基體為NiAl金屬間化合物的復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷晶須增強(qiáng)(韌)金屬間化合物基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于按以下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)(a)首先將組成金屬間化合物的一種高熔點(diǎn)金屬粉末鈦Ti與晶須碳化硅SiC按1∶5～1∶20的比例混合，視材料韌化設(shè)計(jì)需要還可加適量的鉻Cr等韌化元素的金屬粉末，制成予制塊，予制塊的體積分?jǐn)?shù)視欲得到的金屬間化合物的組成而調(diào)節(jié)，通常可在46～55％左右。(b)然后，將予制塊放置于金屬制的模具中加熱至攝氏680℃～700℃溫度。(c)將組成金屬間化合物的低熔點(diǎn)金屬Al溶化，升溫至適當(dāng)溫度如攝氏780℃～840℃。(d)采用擠壓鑄造法，將模具置于壓力機(jī)上，澆注低熔點(diǎn)金屬溶液。再加壓，使其溶液滲入到予制塊內(nèi)部。(e)在保持壓力在40～50MPa的同時(shí)，自然冷卻到溫度400℃左右后，脫模，取出具有一定形狀的金屬間化合基復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于高熔點(diǎn)金屬粉末還可以是鎳Ni、鈮Nb、錳Mn、鐵Fe。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于晶須還可以是氮化硅SiN或氧化錳Al2O3等金屬陶瓷材料。
全文摘要
本發(fā)明提出一種陶瓷晶須增強(qiáng)(韌)金屬間化合物基復(fù)合材料的制備方法，具體地說(shuō)是將晶須與金屬間化合物中的高熔點(diǎn)金屬粉末混合，利用金屬間化合物的反應(yīng)生成熱力學(xué)條件，在十分簡(jiǎn)單的壓力鑄造設(shè)備上，借助外界壓力將金屬間化合物中的低熔點(diǎn)金屬滲透到混合物中，反應(yīng)生成含有一定量晶須的金屬間化合物，從而得到高強(qiáng)度、高韌性的金屬間化合物基復(fù)合材料。
文檔編號(hào)C04B35/56GK1145349SQ9510924
公開(kāi)日1997年3月19日 申請(qǐng)日期1995年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1995年9月13日
發(fā)明者武高輝 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)