專利名稱：一種陶瓷晶須增強(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)異的比強度，比鋼度、高耐熱性等特性，目前大都用來與輕金屬(如Al、Mg及其合金)復(fù)合，制成金屬基復(fù)合材料，在國外已在航天航空領(lǐng)域已有所應(yīng)用。經(jīng)理論計算SiC晶須的抗拉強度在1200kgf/mm2左右，但由于基體強度以及耐熱性與之相比相差太遠(yuǎn)，故晶須各項優(yōu)越性能還不能充分發(fā)揮出采。
金屬間化合物具有優(yōu)異的高溫強度特性，在采來的飛機引擎、汽輪機葉片、宇航飛行器等對耐熱，輕質(zhì)有要求的部件上有著誘人的應(yīng)用前景，目前世界幾個技術(shù)先進(jìn)國家都在投巨資研究開發(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，難以實用的問題而提出的。
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金屬滲透到混合物的予制塊中，同時反應(yīng)生成夾雜有晶須的金屬間化合物，從而得到高強度，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為壓力機臺面，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，予制塊體積分?jǐn)?shù)約為51.6％。
高熔點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，將模具置于壓力機上，澆注低熔點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，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(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)明提供了一個制備新型的晶須增強金屬間化合物基復(fù)合材料的高效率、低成本、可靠性強的新方法。用該方法可以獲得該復(fù)合材料的高強度，高韌性，高質(zhì)密性。
本發(fā)明還具有設(shè)備簡單、工藝簡便、可一次成形、成本低質(zhì)量好等優(yōu)點，為金屬間化合物基復(fù)合材料的開發(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。
實施例1本發(fā)明實施例所采用的金屬粉末為Ti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℃同時將Al液加熱至840℃。
(3)在壓力機上澆注，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Ti-48Al金屬間化合物的復(fù)合材料(照片如圖2)。
實施例2(1)本發(fā)明實施例所采用的金屬粉末為Ti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℃，同時將鋁液加熱至840℃。
(4)在壓力機上澆注后加壓溶滲，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TiAl金屬間化合物的復(fù)合材料。
實施例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℃，同時將鋁液加熱至860℃。
(4)在壓力機上澆注后，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(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實現(xiàn)(a)首先將組成金屬間化合物的一種高熔點金屬粉末鈦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?？稍?6～55％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，將模具置于壓力機上，澆注低熔點金屬溶液。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，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(韌)金屬間化合物基復(fù)合材料的制備方法，具體地說是將晶須與金屬間化合物中的高熔點金屬粉末混合，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，從而得到高強度、高韌性的金屬間化合物基復(fù)合材料。
文檔編號C04B35/56GK1145349SQ9510924
公開日1997年3月19日 申請日期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 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)