專利名稱：含SnO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
金屬基復(fù)合材料既能發(fā)揮金屬和陶瓷各自的優(yōu)勢，又在材料的成分、組織和性能上具有很大的可設(shè)計性，因此金屬基復(fù)合材料雖問世已有30多年，仍保持極高的生命力。近年來，陶瓷相增強(qiáng)金屬，尤其是增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料受到越來越多的重視。該材料具有高強(qiáng)度、高模量和低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)良的性能，并可用傳統(tǒng)的加工、成型方法進(jìn)行二次加工，因而作為一種新型結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、汽車制造以及普通工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。雖然復(fù)合材料商業(yè)性應(yīng)用正在出現(xiàn)，但是復(fù)合材料中陶瓷增強(qiáng)相和基體潤濕性較差，而且，增強(qiáng)相和基體以及基體中的合金元素會發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)，這不僅損傷了增強(qiáng)相的完整性，并可能在界面形成脆性相，影響復(fù)合材料的力學(xué)性能，同時也降低材料的穩(wěn)定性和可靠性。另外，復(fù)合材料的熱塑性變形能力較差，特別是晶須增強(qiáng)的復(fù)合材料在熱塑性變形過程中會導(dǎo)致晶須的大量折斷，使復(fù)合材料的力學(xué)性能顯著下降，這都嚴(yán)重地制約了復(fù)合材料商業(yè)化的應(yīng)用前景。為了提高復(fù)合材料的整體性能，勢必需要改善陶瓷增強(qiáng)相與基體的界面。在已有的各種途徑中，增強(qiáng)相表面改性處理是獲得良好界面以及優(yōu)化界面反應(yīng)的一個行之有效的方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有復(fù)合材料存在增強(qiáng)相與基體的潤濕性差、增強(qiáng)相和基體以及基體中的合金元素會發(fā)生嚴(yán)重的界面反應(yīng)和熱塑性變形能力較差的不足，提供一種含SnO2涂覆陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，該復(fù)合材料可以通過物理或化學(xué)方法實現(xiàn)陶瓷增強(qiáng)相表面的SnO2涂覆。SnO2涂覆后不僅可以提高增強(qiáng)相與基體的潤濕性，抑制增強(qiáng)相與基體的界面反應(yīng)，而且還可以降低復(fù)合材料的熱塑性變形溫度，減少復(fù)合材料熱加工的成本，因而熱變形后復(fù)合材料仍有很好的力學(xué)性能。本發(fā)明的含SnO2涂覆陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料由SnO2涂層、陶瓷增強(qiáng)相和鋁或鎂基體三種成分組成，其中陶瓷增強(qiáng)相的體積占總體積的15～50％，SnO2的加入量占陶瓷增強(qiáng)相質(zhì)量的2～20％。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)SnO2涂覆陶瓷增強(qiáng)相后改變了復(fù)合材料界面的原始結(jié)合狀態(tài)，提高了增強(qiáng)相與基體的潤濕性及界面結(jié)合強(qiáng)度。(2)陶瓷增強(qiáng)相表面涂覆SnO2抑制了增強(qiáng)相與基體發(fā)生反應(yīng)所造成的增強(qiáng)相的損傷，對復(fù)合材料的物理、力學(xué)性能產(chǎn)生一定的影響。(3)通過涂覆量以及后續(xù)的熱處理控制界面的反應(yīng)程度，實現(xiàn)提高增強(qiáng)相與基體界面性能的目的。(4)SnO2與鋁或鎂發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)方程式為，，生成分布在增強(qiáng)相和基體的界面上低熔點金屬Sn，生成的金屬Sn熔點為231.9℃，且在基體中的固溶度小，因而低熔點的金屬Sn分布在增強(qiáng)相和基體的界面上，這有助于復(fù)合材料進(jìn)行熱塑性變形，在高于231℃進(jìn)行熱塑性變形時，界面的Sn變成液體起到潤滑作用，從而降低變形溫度和加工成本，減少增強(qiáng)相的損傷，提高復(fù)合材料熱塑性變形能力。和增強(qiáng)相表面沒有涂覆SnO2的復(fù)合材料相比，本發(fā)明不但提高了復(fù)合材料的熱塑性變形能力，而且還明顯地降低復(fù)合材料的熱塑性變形溫度，減少了復(fù)合材料熱加工的成本，同時也減少了陶瓷增強(qiáng)相的損傷，使鋁基或鎂基復(fù)合材料經(jīng)熱塑性變形后仍具有優(yōu)良的力學(xué)性能。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的含SnO2涂覆陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料由SnO2涂層、陶瓷增強(qiáng)相和鋁或鎂基體三種成分組成，其中陶瓷增強(qiáng)相的體積占總體積的15～50％，SnO2的加入量占陶瓷增強(qiáng)相質(zhì)量的2～20％。首先在陶瓷增強(qiáng)相的表面用溶膠-凝膠、共沉淀、化學(xué)氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)等方法涂覆SnO2；然后用已涂覆好的增強(qiáng)相制備鋁基或鎂基復(fù)合材料。所述陶瓷增強(qiáng)相為顆粒、晶須、纖維中的一種或幾種的混合物，其中顆粒為鋰霞石、Al2O3、SiC、Si3N4、AlN、TiC等中的一種或幾種的混合，晶須為9Al2O3·2B2O3(Al18B4O33)、2MgO·B2O3(Mg2B3O5)、SiC、AlN、Si3N4、ZnO、CaSO4、CaCO3等中的一種或幾種的混合，纖維為莫萊石、玄武巖、SiC等中的一種或幾種的混合；基體為純鋁或純鎂以及鋁或鎂合金。
具體實施例方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是，陶瓷增強(qiáng)相的體積占總體積的20％，SnO2的加入量占陶瓷增強(qiáng)相質(zhì)量的10％。它是這樣制備的制備10克含SnO2的溶膠，加入硼酸鋁晶須100克，攪拌至粘稠，在450～700℃焙燒1～3小時，得到涂覆SnO2的硼酸鋁晶須；然后用水將其分散，制成陶瓷增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)為20％的預(yù)制塊，將預(yù)制塊在900～1100℃焙燒1～3小時，隨后用擠壓鑄造法制備鋁基復(fù)合材料。
具體實施例方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是，陶瓷增強(qiáng)相的體積占總體積的20％，SnO2的加入量占陶瓷增強(qiáng)相質(zhì)量的5％。它是這樣制備的制備5克含SnO2的溶膠，加入硼酸鎂晶須100克，攪拌至粘稠，隨后在450～700℃焙燒1～3小時，得到涂覆SnO2的硼酸鎂晶須；然后將其用水分散，制成陶瓷增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)為20％預(yù)制塊，將預(yù)制塊在900～1100℃焙燒1～3小時，隨后用擠壓鑄造法制備鋁基復(fù)合材料。
具體實施例方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是，陶瓷增強(qiáng)相的體積占總體積的50％，SnO2的加入量占陶瓷增強(qiáng)相質(zhì)量的5％。它是這樣制備的制備5克含SnO2的溶膠，加入Al2O3顆粒100克，攪拌至粘稠，然后制成陶瓷增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)為50％的預(yù)制塊，將預(yù)制塊在1100℃焙燒1小時，隨后用擠壓鑄造法制備鋁基復(fù)合材料。
具體實施例方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是，陶瓷增強(qiáng)相的體積占總體積的30％，SnO2的加入量占陶瓷增強(qiáng)相質(zhì)量的5％。它是這樣制備的制備5克含SnO2的溶膠，加入硼酸鋁晶須100克，攪拌至粘稠，然后制成陶瓷增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)為30％預(yù)制塊，將預(yù)制塊在900～1100℃焙燒1～3小時，隨后用擠壓鑄造法制備鎂基復(fù)合材料。
具體實施例方式
六本實施方式與具體實施方式
一不同的是，陶瓷增強(qiáng)相的體積占總體積的30％，SnO2的加入量占陶瓷增強(qiáng)相質(zhì)量的2.5％。它是這樣制備的制備2.5克含SnO2的溶膠，加入硼酸鎂晶須100克，攪拌至粘稠，然后制成陶瓷增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)為30％預(yù)制塊，將預(yù)制塊在900～1100℃焙燒1～3小時，隨后用擠壓鑄造法制備鎂基復(fù)合材料。
具體實施例方式
七本實施方式與具體實施方式
一不同的是，陶瓷增強(qiáng)相的體積占總體積的40％，SnO2的加入量占陶瓷增強(qiáng)相質(zhì)量的20％。它是這樣制備的制備20克含SnO2的溶膠，加入SiC顆粒100克，攪拌至粘稠，然后制成陶瓷增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)為40％的預(yù)制塊，將預(yù)制塊在1000℃焙燒1小時，隨后用擠壓鑄造法制備鎂基復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.含SnO2涂覆陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征在于它由SnO2涂層、陶瓷增強(qiáng)相和鋁或鎂基體三種成分組成，其中陶瓷增強(qiáng)相的體積占總體積的15～50％，SnO2的加入量占陶瓷增強(qiáng)相質(zhì)量的2～20％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征在于鋁基體為純鋁或鋁合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征在于鎂基體為純鎂或鎂合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征在于陶瓷增強(qiáng)相為顆粒、晶須、纖維中的一種或幾種的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征在于所述顆粒為鋰霞石、Al2O3、SiC、Si3N4、AlN、TiC中的一種或幾種的混合。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征在于所述晶須為9Al2O3·2B2O3(Al18B4O33)、2MgO·B2O3(Mg2B3O5)、SiC、AlN、Si3N4、ZnO、CaSO4、CaCO3中的一種或幾種的混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征在于所述纖維為莫萊石、玄武巖、SiC中的一種或幾種的混合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一權(quán)利要求所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征在于陶瓷增強(qiáng)相的體積占總體積的40％，SnO2的加入量占陶瓷增強(qiáng)相質(zhì)量的20％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一權(quán)利要求所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征在于陶瓷增強(qiáng)相的體積占總體積的20％，SnO2的加入量占陶瓷增強(qiáng)相質(zhì)量的10％。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～7中任一權(quán)利要求所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強(qiáng)鋁基或鎂基復(fù)合材料，其特征在于陶瓷增強(qiáng)相的體積占總體積的30％，SnO2的加入量占陶瓷增強(qiáng)相質(zhì)量的2.5％。
全文摘要
含SnO
文檔編號C22C45/08GK1769511SQ200510010130
公開日2006年5月10日 申請日期2005年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月29日
發(fā)明者費維棟, 王黎東, 岳紅彥 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)