[发明专利]一种制造陶瓷与金属复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种制造陶瓷与金属复合材料的方法，这类低比重高致密度的复合材料，可以用于制造轻装甲及其它对材料的性能和重量都有苛刻要求的工程应用。方法包括：将一种或复数种可以形成碳化物的物质粉末与一种或复数种难熔的碳化物陶瓷粉末以及碳或者一种或复数种含碳的物质均匀混合，将混合物在环境温度下成型，得到的多孔粉坯在单一含碳气体或者由多种含碳气体混合组成的气氛中，在600—1200℃热处理，使含碳气体分解而产生的碳，沉积在多孔的粉坯内外；将含有足够当量碳的粉坯在1100—2000℃下热处理，使粉坯形成一个连续的碳化物陶瓷骨架。最后通过熔渗方法使熔化的金属或合金渗入陶瓷骨架里，得到致密的复合材料。

技术领域

此发明与制造低比重、致密的陶瓷与金属、陶瓷与陶瓷复合材料及其工艺有关。更准确地说，与制造低比重、高致密度的碳化物与铝、镁等轻金属复合材料的方法以及由此方法而制造出来的产品有关。这类低比重高致密度的碳化物与轻金属的复合材料，可以用于制造轻装甲及其它对材料的性能和重量都有苛刻要求的工程应用。

背景技术

利用可以形成碳化物的物质与碳起化学反应，从而制造碳化物结构材料是一种普通的粉末冶金技术。美国专利3725105提出了以下方法：(1)将碳化物粉末成型；(2)将含碳物质渗透碳化物坯体；(3)加热使含碳物质转变成游离碳；(4)将金属硅或硅合金渗透进入含有游离碳的碳化物坯体中；(5)加热烧结，以得到碳化物与碳化硅以及少量金属硅的复合材料。

美国专利4097275和4326922提出了将含有碳化物形成物质的粉坯与碳氢化合物气氛反应，制备碳化物材料。

美国专利3977896、4080927及3944686分别提出了利用碳氢化合物裂解，在粉末颗粒、物体表面和多孔体内沉积碳方法。

苏联专利2078748提出了将碳氢化合物裂解碳沉积到金属铬的粉坯里，然后高温处理使之反应生成多孔的碳化铬坯体。然后将铜、银或者金等金属渗入碳化铬多孔体中，从而得到致密的碳化铬与金属的复合材料。欧洲专利PCT/EP97/01566则对此作了改进，将碳化物形成元素的范围扩大到钛、锆、铪、钒、铌、钽、铬、钼和钨，并将用于渗透的金属范围也扩大到银、金、铜、镓、钛、镍、铁、钴或者这些金属的合金。欧洲专利PCT/EP00/11025在此基础上又做了改进，即：由以前单独使用碳化物形成元素做坯体，改为使用至少一种碳化物形成元素与至少一种碳化物的混合物做坯体。目的是缩短沉积碳工艺所需的时间，而且使沉积的碳在粉坯内外分布更加均匀。

以上发明有诸多缺点：使用碳化物形成元素与含碳物质混合物做坯体，热处理时，由于生成的碳化物体积变化，容易引起坯体变形，起皮和开裂。使用碳化物形成元素做坯体，结合裂解碳沉积工艺，虽然能够较好地解决了工件的变形等问题，可是碳更容易沉积在工件的表层，在粉坯不同深度上，碳沉积的程度不一样，从而影响材料的质量和性能；而且裂解碳沉积工艺需要漫长的时间。虽然欧洲专利PCT/EP00/11025使用碳化物代替一部分碳化物形成元素，以降低碳化反应对当量碳的要求，从而缩短裂解碳工艺所需的时间，但是仍然需要严格地控制工艺参数，需要长达十多个小时的处理时间。

本发明的目地是提供一种技术手段，以避免以上专利方法中的各种缺点。不但大大缩短了裂解碳沉积工艺所需的时间，而且使碳在粉坯中的分布更加均匀。同时，由于粉坯得到沉积碳的加固，减少了由于化学反应而引起的工件变形，起皮和开裂。大大提高生产效率，提高产品质量和性能。

发明内容