[发明专利]一种热膨胀系数呈梯度变化的合金材料及其制备方法

权利要求书

1.一种热膨胀系数呈梯度变化的合金材料，包括基体材料组分和热膨胀系数调节相组分，所述基体材料组分是Cu、Ni、Cr、Mn、Co、Fe中的一种或几种的任意比例的混合；所述热膨胀系数调节相组分是W、Mo、Al₂O₃、SiC、Si纤维中的一种或几种的任意比例的混合；将梯度过渡合金至少分为两段，所述热膨胀系数调节相在合金每段中的成分分布呈梯度变化。

2.根据权利要求1所述的热膨胀系数呈梯度变化的合金材料，其特征在于：所述热膨胀系数调节相在合金每段中的成分分布分别为75vol％、60vol％及35vol％。

3.一种热膨胀系数呈梯度变化的合金材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)梯度过渡合金组分设计

根据被焊陶瓷与金属的热膨胀系数，设计组成梯度过渡合金的基体材料和热膨胀系数调节相，以及热膨胀系数调节相在合金中呈梯度变化的含量设计；

(2)梯度过渡合金基材制备

按步骤(1)成分设计结果，称取相应重量的组成梯度过渡合金基体的金属，在惰性气体保护下，将几种金属熔炼制成合金锭，然后用气雾化法将合金锭雾化制粉；

(3)热膨胀系数调节相准备

热膨胀系数调节相采用热膨胀系数较低的金属或陶瓷粉体；

(4)混料

按梯度过渡合金设计的各段成分配比，称取相应的过渡合金基材和热膨胀系数调节相，将各段混合粉分别用高能球磨机方式混合均匀；

(5)压型

梯度合金的压型采用模压成型方法，将混合均匀的各段混合粉依次注入模具，整体模压成型，每装入一种成分的混合粉之前，将之前已装入的粉末震实；

(6)真空烧结

采用真空烧结工艺，对梯度过渡合金的模压坯料进行烧结处理；

(7)致密化烧结

对预烧后的合金进行热等静压处理，得到热膨胀系数呈梯度变化的合金材料。

4.根据权利要求3所述的热膨胀系数呈梯度变化的合金材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的基体材料的组分为Cu、Ni、Cr、Mn、Co、Fe中的一种或几种的任意比例的混合；所述的热膨胀系数调节相的组分是W、Mo、Al₂O₃、SiC、Si纤维中的一种或几种的任意比例的混合。

5.根据权利要求3所述的热膨胀系数呈梯度变化的合金材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，在梯度过渡合金基材的熔炼及后期气雾化制粉时采用的惰性气体为高纯或工业级氩气、氦气或氮气，气体的纯度优于99.99％，合金熔炼时气体压力控制在1个大气压；制粉时的粒度控制在-300目及以上。

6.根据权利要求3所述的热膨胀系数呈梯度变化的合金材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，热膨胀系数调节相的粉体纯度达到99.99％，粒度为400～1000nm。

7.根据权利要求3所述的热膨胀系数呈梯度变化的合金材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述各段混合粉末的混料时间均在48小时及以上。

8.根据权利要求3所述的热膨胀系数呈梯度变化的合金材料的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，注入模具时，按照热膨胀系数调节相的含量逐渐降低或逐渐增加的顺序依次注入混合均匀的各段混合粉，然后整体模压成型。

9.根据权利要求3所述的热膨胀系数呈梯度变化的合金材料的制备方法，其特征在于：步骤(6)中，所述真空烧结时，真空度为10^-2～10^-3Pa，烧结温度及时间根据梯度过渡合金基材成分而定，烧结后的梯度过渡合金的致密度达到85％以上。

10.根据权利要求3所述的热膨胀系数呈梯度变化的合金材料的制备方法，其特征在于：步骤(7)中，所述热等静压处理使用的气氛为纯度优于99.99％的高纯氩气、氮气或氦气，热等静压温度根据梯度过渡合金基材的设计成分而定，烧结后梯度过渡合金致密度达到100％。