[发明专利]一种金属基碳化硅复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及复合材料领域，公开了一种金属基碳化硅复合材料及其制备方法。所述金属基碳化硅复合材料的制备方法包括将碳纤维与碳化硅以及粘结剂混合之后依次进行热压成型和高温炭化，接着采用高温加压法往所述高温炭化的产物中渗入液相金属，之后冷却成型。本发明提供的金属基碳化硅复合材料为有机(碳纤维)‑无机(碳化硅)‑金属三相的复合材料，该材料不仅具有良好的耐高温性能，而且还具有较高的强度和韧性。此外，本发明采用碳纤维来增强金属基碳化硅复合材料，这样可以明显降低材料的密度，在材料轻量化方面具有明显的优点。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体地，涉及一种金属基碳化硅复合材料、一种金属基碳化硅复合材料的制备方法以及由该方法制备得到的金属基碳化硅复合材料。

背景技术

复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法组成的具有新性能的材料。复合材料中的各种材料在性能上相互取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足不同要求。碳化硅不仅具有优良的耐高温、耐高热和耐腐蚀性的特性，而且还具有良好的机械强度和高硬度的特性，将其作为金属的改性增强材料所得的金属基碳化硅复合材料具有高强度、高硬度、耐高温、耐磨损的优点，但是其韧性仍相对较低，这便限制了其工程应用范围。

发明内容

本发明是为了解决现有的金属基碳化硅复合材料的韧性较低的缺陷，而提供一种新的金属基碳化硅复合材料、一种金属基碳化硅复合材料的制备方法以及由该方法制备得到的金属基碳化硅复合材料。

具体地，本发明提供了一种金属基碳化硅复合材料，其中，所述金属基碳化硅复合材料中含有碳纤维、碳化硅和金属，且相对于100重量份的所述碳纤维，所述碳化硅的含量为10-1000重量份，所述金属的含量为10-500重量份。

本发明还提供了一种金属基碳化硅复合材料的制备方法，该方法包括将碳纤维与碳化硅以及粘结剂混合之后依次进行热压成型和高温炭化，接着采用高温加压法往所述高温炭化的产物中渗入液相金属，之后冷却成型；相对于100重量份的所述碳纤维，所述碳化硅的用量为10-1000重量份，所述粘结剂的用量为10-300重量份，所述液相金属的用量为10-500重量份。

此外，本发明还提供了由上述方法制备得到的金属基碳化硅复合材料。

本发明提供的金属基碳化硅复合材料将特定用量的碳纤维、碳化硅和金属配合使用而形成有机(碳纤维)-无机(碳化硅)-金属三相的有机整体，该材料不仅具有良好的耐高温性能，而且还具有较高的强度和韧性。此外，本发明采用碳纤维来增强金属基碳化硅复合材料，这样可以明显降低材料的密度，在材料轻量化方面具有明显的优点。

本发明的发明人经过深入研究之后发现，在高温炭化以及采用高温加压法渗入液相金属的过程中，金属以及残余氧气会侵蚀碳纤维，这样会导致所得复合材料的强度和韧性明显下降，而采用本发明提供的优选方式对碳纤维的表面进行金属化后，不仅能够避免上述缺陷，而且还能够提高碳纤维与金属基体的相容性。因此，相应地，根据本发明的一种优选实施方式，所述碳纤维为采用以下方法制备得到的改性碳纤维：将碳纤维浸渍在处理液中以使得至少部分所述处理液附着在所述碳纤维的表面上，接着将附着有所述处理液的碳纤维进行高温处理以使得所述处理液中的有机物碳化从而形成无机氧化物层，之后进行化学镀以在经高温处理之后的碳纤维表面上沉积金属层；所述处理液中含有钛酸酯和/或硅酸酯、纤维素、络合剂，所述络合剂为含有乙酰丙酮基、羧酸根、羰基、烷氧基、叠氮基、硝酸基、胺基和卤素基中至少一种基团的化合物。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。