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一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料及其制備方法

文檔序號(hào):10503333閱讀:315來源:國知局
一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碳化硼基陶瓷?金屬復(fù)合材料及其制備方法,該碳化硼基陶瓷?金屬復(fù)合材料以質(zhì)量份計(jì)含有以下成分:銅5~15份,鈷3~12份,鈦合金10~25份,碳化硼30~50份,陶瓷20~40份,硼纖維10~20份,二硅化鉬5~18份,碳化硅3~10份,氧化鎂5~15份,三氧化二鋁5~13份,硅橡膠5~12份,水玻璃10~20份。本發(fā)明的碳化硼基陶瓷?金屬復(fù)合材料具有良好的硬度、抗彎強(qiáng)度、熔點(diǎn)、耐磨、導(dǎo)熱、耐腐蝕性能。
【專利說明】
一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及金屬復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳化硼因其具有密度低、強(qiáng)度大、高溫穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性好的特點(diǎn),在耐磨材 料、陶瓷增強(qiáng)相,尤其在輕質(zhì)裝甲,反應(yīng)堆中子吸收劑等方面使用。此外,和金剛石和立方氮 化硼相比,碳化硼制造容易、成本低廉,因而使用更加廣泛,在某些地方可以取代價(jià)格昂貴 的金剛石、常見在磨削、研磨、鉆孔等方面的應(yīng)用。
[0003] 陶瓷-金屬復(fù)合材料是由陶瓷和金屬原料制成的材料,兼有金屬和陶瓷的優(yōu)點(diǎn),它 密度小、硬度高、耐磨、導(dǎo)熱性好,不會(huì)因?yàn)轶E冷或驟熱而脆裂。另外,在金屬表面涂一層氣 密性好、熔點(diǎn)高、傳熱性能很差的陶瓷涂層,也能防止金屬或合金在高溫下氧化或腐蝕。陶 瓷-金屬復(fù)合材料既具有金屬的韌性、高導(dǎo)熱性和良好的熱穩(wěn)定性,又具有陶瓷的耐高溫、 耐腐蝕和耐磨損等特性。金屬陶瓷廣泛地應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈、超音速飛機(jī)的外殼、燃燒室的 火焰噴口等地方。
[0004] 將碳化硼與陶瓷-金屬復(fù)合材料進(jìn)行結(jié)合,制備得到碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料 的技術(shù)現(xiàn)在還比較少見,并且用于研磨材料、航天航空科技以及高溫設(shè)備上的應(yīng)用性能還 未很好的體現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 解決的技術(shù)問題:針對(duì)現(xiàn)有的碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料使用較少、并且未能發(fā) 揮良好性能的缺點(diǎn),本發(fā)明提供一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料及其制備方法。
[0006] 技術(shù)方案:一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料,以質(zhì)量份計(jì)含有以下成分:銅5~15 份,鈷3~12份,鈦合金10~25份,碳化硼30~50份,陶瓷20~40份,硼纖維10~20份,二硅化 鉬5~18份,碳化硅3~10份,氧化鎂5~15份,三氧化二鋁5~13份,硅橡膠5~12份,水玻璃 10~20份。
[0007] 上述所述的一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料,以質(zhì)量份計(jì)含有以下成分:銅7~ 13份,鈷5~11份,鈦合金13~22份,碳化硼35~45份,陶瓷25~35份,硼纖維12~18份,二硅 化鉬8~15份,碳化硅4~9份,氧化鎂7~12份,三氧化二鋁8~12份,硅橡膠7~11份,水玻璃 12~17份。
[0008] 上述所述的一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料,以質(zhì)量份計(jì)含有以下成分:銅9份, 鈷7份,鈦合金15份,碳化硼38份,陶瓷28份,硼纖維13份,二硅化鉬10份,碳化硅5份,氧化鎂 9份,三氧化二鋁9份,娃橡膠8份,水玻璃14份。
[0009] 上述所述的一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料,以質(zhì)量份計(jì)含有以下成分:銅10 份,鈷8份,鈦合金18份,碳化硼40份,陶瓷30份,硼纖維15份,二硅化鉬12份,碳化硅6.5份, 氧化鎂9.5份,三氧化二鋁10份,硅橡膠9份,水玻璃15份。
[0010] 上述所述的一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料的制備方法,該制備方法的步驟如 下: 第一步:將銅、鈷、鈦合金熔化后混合,再與碳化硼在1300~1500°C、真空或惰性氣體下 反應(yīng)生成硼化物; 第二步:將第一步得到的硼化物、陶瓷、硼纖維、二硅化鉬、碳化硅、氧化鎂、三氧化二 鋁、硅橡膠、水玻璃混合均勻,用40~60目篩造粒,然后在壓強(qiáng)為100~120MPa、溫度為100~ 120°C下模壓成坯件; 第三步:將第二步得到的坯件放入冷壓預(yù)成型磨具中,進(jìn)行冷固模壓,即得碳化硼基陶 瓷-金屬復(fù)合材料,其中冷固模壓的溫度為10~20°C,壓力為5~lOMPa,冷固模壓時(shí)間為15 ~25min〇
[0011] 上述所述的第一步中反應(yīng)溫度為1400°C。
[0012] 上述所述的第二步中用50目篩造粒,然后在壓強(qiáng)為llOMPa、溫度為110°C下模壓成 坯。
[0013] 上述所述的第三步中冷固模壓的溫度為15 °C,壓力為7.5MPa,冷固模壓時(shí)間為 20min〇
[0014] 有益效果:本發(fā)明提供的一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料及其制備方法,該碳化 硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料具備了碳化硼、陶瓷、金屬這三個(gè)物質(zhì)的性能,因此同時(shí)具有良好 的硬度、抗彎強(qiáng)度、熔點(diǎn)、耐磨、導(dǎo)熱、耐腐蝕性能,可以作為隧道鉆孔材料、飛機(jī)火箭外殼以 及高溫設(shè)備外殼材料。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 實(shí)施例1 一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料,以質(zhì)量份計(jì)含有以下成分:銅5份,鈷3份,鈦合金10 份,碳化硼30份,陶瓷20份,硼纖維10份,二硅化鉬5份,碳化硅3份,氧化鎂5份,三氧化二鋁5 份,硅橡膠5份,水玻璃10份。
[0016] -種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料的制備方法,該制備方法的步驟如下: 第一步:將銅、鈷、鈦合金熔化后混合,再與碳化硼在1300 °C、真空或惰性氣體下反應(yīng)生 成硼化物; 第二步:將第一步得到的硼化物、陶瓷、硼纖維、二硅化鉬、碳化硅、氧化鎂、三氧化二 鋁、硅橡膠、水玻璃混合均勻,用40目篩造粒,然后在壓強(qiáng)為lOOMPa、溫度為100°C下模壓成 坯件; 第三步:將第二步得到的坯件放入冷壓預(yù)成型磨具中,進(jìn)行冷固模壓,即得碳化硼基陶 瓷-金屬復(fù)合材料,其中冷固模壓的溫度為I〇 °C,壓力為5MPa,冷固模壓時(shí)間為15min。
[0017] 實(shí)施例2 一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料,以質(zhì)量份計(jì)含有以下成分:銅15份,鈷12份,鈦合金 25份,碳化硼50份,陶瓷40份,硼纖維20份,二硅化鉬18份,碳化硅10份,氧化鎂15份,三氧化 二鋁13份,硅橡膠12份,水玻璃20份。
[0018] -種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料的制備方法,該制備方法的步驟如下: 第一步:將銅、鈷、鈦合金熔化后混合,再與碳化硼在1500 °C、真空或惰性氣體下反應(yīng)生 成硼化物; 第二步:將第一步得到的硼化物、陶瓷、硼纖維、二硅化鉬、碳化硅、氧化鎂、三氧化二 鋁、硅橡膠、水玻璃混合均勻,用60目篩造粒,然后在壓強(qiáng)為120MPa、溫度為120°C下模壓成 坯件; 第三步:將第二步得到的坯件放入冷壓預(yù)成型磨具中,進(jìn)行冷固模壓,即得碳化硼基陶 瓷-金屬復(fù)合材料,其中冷固模壓的溫度為20 °C,壓力為IOMPa,冷固模壓時(shí)間為25min。
[0019] 實(shí)施例3 一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料,以質(zhì)量份計(jì)含有以下成分:銅13份,鈷11份,鈦合金 22份,碳化硼45份,陶瓷35份,硼纖維18份,二硅化鉬15份,碳化硅9份,氧化鎂12份,三氧化 二鋁12份,硅橡膠11份,水玻璃17份。
[0020] -種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料的制備方法,該制備方法的步驟如下: 第一步:將銅、鈷、鈦合金熔化后混合,再與碳化硼在1400 °C、真空或惰性氣體下反應(yīng)生 成硼化物; 第二步:將第一步得到的硼化物、陶瓷、硼纖維、二硅化鉬、碳化硅、氧化鎂、三氧化二 鋁、硅橡膠、水玻璃混合均勻,用50目篩造粒,然后在壓強(qiáng)為llOMPa、溫度為IHTC下模壓成 坯件; 第三步:將第二步得到的坯件放入冷壓預(yù)成型磨具中,進(jìn)行冷固模壓,即得碳化硼基陶 瓷-金屬復(fù)合材料,其中冷固模壓的溫度為15°C,壓力為7.5MPa,冷固模壓時(shí)間為20min。
[0021] 實(shí)施例4 一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料,以質(zhì)量份計(jì)含有以下成分:銅9份,鈷7份,鈦合金15 份,碳化硼38份,陶瓷28份,硼纖維13份,二硅化鉬10份,碳化硅5份,氧化鎂9份,三氧化二鋁 9份,硅橡膠8份,水玻璃14份。
[0022] -種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料的制備方法,該制備方法的步驟如下: 第一步:將銅、鈷、鈦合金熔化后混合,再與碳化硼在1400 °C、真空或惰性氣體下反應(yīng)生 成硼化物; 第二步:將第一步得到的硼化物、陶瓷、硼纖維、二硅化鉬、碳化硅、氧化鎂、三氧化二 鋁、硅橡膠、水玻璃混合均勻,用50目篩造粒,然后在壓強(qiáng)為llOMPa、溫度為IHTC下模壓成 坯件; 第三步:將第二步得到的坯件放入冷壓預(yù)成型磨具中,進(jìn)行冷固模壓,即得碳化硼基陶 瓷-金屬復(fù)合材料,其中冷固模壓的溫度為15°C,壓力為7.5MPa,冷固模壓時(shí)間為20min。
[0023] 實(shí)施例5 一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料,以質(zhì)量份計(jì)含有以下成分:銅10份,鈷8份,鈦合金 18份,碳化硼40份,陶瓷30份,硼纖維15份,二硅化鉬12份,碳化硅6.5份,氧化鎂9.5份,三氧 化二鋁10份,硅橡膠9份,水玻璃15份。
[0024] -種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料的制備方法,該制備方法的步驟如下: 第一步:將銅、鈷、鈦合金熔化后混合,再與碳化硼在1400 °C、真空或惰性氣體下反應(yīng)生 成硼化物; 第二步:將第一步得到的硼化物、陶瓷、硼纖維、二硅化鉬、碳化硅、氧化鎂、三氧化二 鋁、硅橡膠、水玻璃混合均勻,用50目篩造粒,然后在壓強(qiáng)為llOMPa、溫度為IHTC下模壓成 坯件; 第三步:將第二步得到的坯件放入冷壓預(yù)成型磨具中,進(jìn)行冷固模壓,即得碳化硼基陶 瓷-金屬復(fù)合材料,其中冷固模壓的溫度為15°C,壓力為7.5MPa,冷固模壓時(shí)間為20min。
[0025]上述述實(shí)施例1~實(shí)施例5的碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料的技術(shù)性能指標(biāo),其檢 測結(jié)果如下:
以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)介紹,對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員,依據(jù)本發(fā)明實(shí)施 例的思想,在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處,綜上所述,本說明書內(nèi)容不應(yīng)理 解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料,其特征在于以質(zhì)量份計(jì)含有以下成分:銅5~15 份,鈷3~12份,鈦合金10~25份,碳化硼30~50份,陶瓷20~40份,硼纖維10~20份,二硅化 鉬5~18份,碳化硅3~10份,氧化鎂5~15份,三氧化二鋁5~13份,硅橡膠5~12份,水玻璃 10~20份。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料,其特征在于以質(zhì)量份計(jì)含 有以下成分:銅7~13份,鈷5~11份,鈦合金13~22份,碳化硼35~45份,陶瓷25~35份,硼 纖維12~18份,二硅化鉬8~15份,碳化硅4~9份,氧化鎂7~12份,三氧化二鋁8~12份,硅 橡膠7~11份,水玻璃12~17份。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料,其特征在于以質(zhì)量份計(jì)含 有以下成分:銅9份,鈷7份,鈦合金15份,碳化硼38份,陶瓷28份,硼纖維13份,二硅化鉬10 份,碳化硅5份,氧化鎂9份,三氧化二鋁9份,硅橡膠8份,水玻璃14份。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料,其特征在于以質(zhì)量份計(jì)含 有以下成分:銅10份,鈷8份,鈦合金18份,碳化硼40份,陶瓷30份,硼纖維15份,二硅化鉬12 份,碳化硅6.5份,氧化鎂9.5份,三氧化二鋁10份,硅橡膠9份,水玻璃15份。5. 權(quán)利要求1所述的一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料的制備方法,其特征在于該制備 方法的步驟如下: 第一步:將銅、鈷、鈦合金熔化后混合,再與碳化硼在1300~1500°C、真空或惰性氣體下 反應(yīng)生成硼化物; 第二步:將第一步得到的硼化物、陶瓷、硼纖維、二硅化鉬、碳化硅、氧化鎂、三氧化二 鋁、硅橡膠、水玻璃混合均勻,用40~60目篩造粒,然后在壓強(qiáng)為100~120MPa、溫度為100~ 120°C下模壓成坯件; 第三步:將第二步得到的坯件放入冷壓預(yù)成型磨具中,進(jìn)行冷固模壓,即得碳化硼基陶 瓷-金屬復(fù)合材料,其中冷固模壓的溫度為10~20°C,壓力為5~lOMPa,冷固模壓時(shí)間為15 ~25min〇6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料的制備方法,其特征在于: 所述第一步中反應(yīng)溫度為1400 °C。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料的制備方法,其特征在于: 所述第二步中用50目篩造粒,然后在壓強(qiáng)為llOMPa、溫度為110°C下模壓成坯。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種碳化硼基陶瓷-金屬復(fù)合材料的制備方法,其特征在于: 所述第三步中冷固模壓的溫度為15 °C,壓力為7.5MPa,冷固模壓時(shí)間為20min。
【文檔編號(hào)】C22C49/00GK105859295SQ201610174920
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月25日
【發(fā)明人】劉莉, 王爽, 邱晶
【申請(qǐng)人】蘇州萊特復(fù)合材料有限公司
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