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第36卷增刊1稀有金属材料与工程Vol.36,Suppl.1
2007年8月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGAugust2007

多孔SiC陶瓷增强金属基复合材料的制备

刘志伟，鲍崇高
（西安交通大学材料科学与工程学院，陕西西安710049）

摘要：采用纸质材料制成三维管状模型，经过纸质模型碳化、反应性渗硅处理获得多孔SiC陶瓷预制体，选择铸造性
能好、成形缺陷小的铸铁作为金属基体，采用铸渗法制备了SiC陶瓷增强金属基复合材料，通过XRD,SEM等分析手
段研究了多孔SiC陶瓷和复合材料的显微组织和界面结构。研究表明，纸质模型800℃温度碳化，反应性渗硅温度1600
℃时制备的多孔SiC陶瓷预制体三维结构稳定，烧结后变形小，微观组织结合紧密；通过铸渗法制备的SiC陶瓷增强金
属基复合材料界面结合良好，无明显缺陷。该方法中增强相结构可设计性好，铸渗法制备多孔陶瓷金属基复合材料质量
高，为多孔陶瓷增强金属基复合材料的获得提供了试验新方法。
关键词：SiC陶瓷;反应性渗硅;铸渗;金属基复合材料
中图法分类号：TB333文献标识码：A文章编号：1002-185X(2007)S1-0852-04

制备了SiC陶瓷增强金属基复合材料；通过XRD,SEM
1前言
等分析手段研究了多孔SiC陶瓷和复合材料的显微组
由陶瓷颗粒、短纤维、晶须增强的金属基复合材织和界面结构，研究工作对多孔陶瓷增强金属基复合
料(MMC)综合了金属的塑韧性、成型性、导电、导热材料的制备新工艺进行了有益探索，为新材料的进一
性,以及增强相陶瓷材料的高强度、高模量、耐热、步研究开发提供了较好的试验基础。
耐磨、耐高温等性能[1]，制备的金属基复合材料具有
2多孔陶瓷与复合材料的制备
高比强度、比模量；导热、导电性能；热膨胀系数小、
尺寸稳定性好；良好的高温性能；耐磨性好；良好的2.1三维管状多孔陶瓷预制体的制备
疲劳性能和断裂性能等优点[2]，故其有广阔的应用前SiC陶瓷预制体必须具有以下几个特点：（1）较
景。制备金属基复合材料方法较多，铸渗法是其中一高的通孔率；（2）足够的强度；（3）与金属或合金
种，原理是将合金粉末或陶瓷颗粒等预先固定在型腔熔体具有良好的润湿性；（4）满足复合材料的基本性
的特定位置，通过浇注并利用金属液的流渗能力使铸能要求。
件需要部位具有特殊组织和性能的一种材料复合技首先选用普通的复印纸做成三维管状纸模型，如
术[3~5]。图1所示。其次对纸模型进行浸树脂处理，再用纯酒
网状结构陶瓷增强金属基复合材料是用铸造方法精稀释的2310热固型酚醛树脂中浸泡充分后，在空气
在预制的多孔陶瓷中浇铸金属而成的一类复合材料，中晾置12h时，待纸管上的多余树脂流尽，用细铁丝
其基本特征是基体与增强相在整个材料中形成各自的将纸管中的残余树脂疏通，反复进行，保证纸管的畅
三维空间连续的网络结构并且互相缠绕在一起，相对通。自然晾干后，放入100℃烘箱中，干燥6h后取出。
于纤维增强材料，其在整体结构上具有各向同性的特这样可以提高纸模型的结构强度，保证在加热过程中
点，而相对于颗粒或晶须增强材料，它又有相互连续模型骨架不发生变形，如图2所示。
的特点，这种结构形式使该类材料具有独特的性能，在型号为SL63-7R真空电阻炉中烧结制备SiC，
具有较好的发展和应用前景[6]。烘干的三维纸模型作为生坯，根据生坯质量，按比例
本试验首先制作结构设计具有很好可控性的三维称取硅粉（本试验生坯与硅的质量比为1:4），在温度
管状纸质模型确定陶瓷预制体结构，通过纸质模型碳为800℃左右时，保温30min,使纸模型充分碳化，等

化、渗硅处理获得多孔SiC陶瓷；选择铸造性能好、到温度升到900℃的时候，关掉真空泵，充入N2作为
成形缺陷倾向小的铸铁[7]作为金属基体，采用铸渗法保护气，继续缓慢升温到1600℃时，保温30min,此

收稿日期：2007-02-28
基金项目：国家自然科学基金(50572087)
作者简介：刘志伟，男，1981年生，硕士生，西安交通大学，陕西西安710049，电话：[phone]，E-mail：[e-mail]
增刊1刘志伟等：多孔SiC陶瓷增强金属基复合材料的制备·853·

时硅处于液态或气态。在毛细力的作用下熔融态的硅液态金属的表面能会随着温度的升高而呈线性下降，
沿着毛细管渗入坯体中，与坯体中的碳反应生成金属基体和陶瓷的润湿角就会随着温度的升高而降
β-SiC，反应生成的β-SiC和渗入的游离Si把陶瓷中的低[9]。铸渗试验示意图如图4所示。对冷却后的复合
孔隙完全填充，生成结合致密的陶瓷体[8]。反应方程材料进行线切割并观察宏观形貌，发现复合材料宏观
式为：表面