一种SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112281085A(43)申请公布日2021.01.29(21)申请号202010977599.X(22)申请日2020.09.17(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号(72)发明人方华婵陈卓李金伟肖鹏(74)专利代理机构长沙市融智专利事务所(普通合伙)43114代理人蒋太炜(51)Int.Cl.C22C47/04(2006.01)C22C47/14(2006.01)C22C49/14(2006.01)C22C101/10(2006.01)权利要求书3页说明书11页附图2页(54)发明名称一种SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料的制备方法(57)摘要本发明涉及一种SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料的制备方法。本发明将碳纤维进行热解炭沉积‑碳化硅沉积处理，再用酚醛树脂进行包覆，之后再与基体金属球磨得到均匀混合的粉末，最后通过压制‑烧结工艺获得复合材料。本发明首先利用热解炭沉积‑碳化硅沉积处理方法，显著提高了碳纤维的耐磨性能，再结合酚醛树脂包覆和球磨工艺，成功解决了碳纤维易缠绕和在材料中分散不均匀，以及碳纤维结构难以保留等问题，并且利用碳化硅对碳纤维的包覆，解决了CVD包覆碳纤维的本征脆性，以及其与多数金属润湿性差，导致的界面烧结不致密等问题，实现了烧结致密的同时，大幅提升产品的室温和高温力学性能，特别大幅提升了产品的耐磨性能。CN112281085ACN112281085A权利要求书1/3页1.一种SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于：在脱胶碳纤维上先沉积一层热解炭，然后再沉积一层碳化硅，得到物质A；然后再用酚醛树脂包覆物质A；得到带有酚醛树脂包覆层的物质B；之后再将物质B与基体金属粉末球磨，得到SiC包覆的短碳纤维和基体金属粉末均匀混合的粉末，得到备用料；将备用料直接压制-烧结，得到SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料；或在脱胶碳纤维先沉积一层热解炭，然后再热解炭上沉积一层碳化硅；按一层热解炭包覆一层碳化硅的模式；在碳纤维上沉积N层热解炭和N层碳化硅，得到物质A1；然后再用酚醛树脂包覆物质A1；得到带有酚醛树脂包覆层的物质B1；之后再将物质B1与基体金属粉末球磨，得到SiC包覆的短碳纤维和基体金属粉末均匀混合的粉末，得到备用料；将备用料直接压制-烧结，得到SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料；或在脱胶碳纤维先沉积一层碳化硅；得到得到物质A2；然后再用酚醛树脂包覆物质A2；得到带有酚醛树脂包覆层的物质B2；之后再将物质B2与基体金属粉末球磨，得到SiC包覆的短碳纤维和基体金属粉末均匀混合的粉末，得到备用料；将备用料直接压制-烧结，得到SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料；或在脱胶碳纤维先沉积一层碳化硅；得到得到物质A3；之后再将物质A3与基体金属粉末球磨，得到SiC包覆的短碳纤维和基体金属粉末均匀混合的粉末，得到备用料；将备用料直接压制-烧结，得到SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料。2.如权利要求1所述的SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于：在保护气氛下，将短碳纤维束加热至650～800将保温处理20min～90min，得到脱胶后的短碳纤维。3.如权利要求2所述的SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于：所述短碳纤维的长度为1～6mm；直径优选为6～8μm。4.如权利要求1所述的SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于：将脱胶短碳纤维在900～1000℃沉积5～10h；化学气相沉积热解碳处理的条件参数为：碳源气体选自丙烯、天然气、甲烷中的至少一种；稀释气体选自氮气、氢气中的至少一种；碳源气体和稀释气体的体积比为0.8-1.2:2.8-3.2。5.如权利要求1所述的SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于：碳化硅沉积工艺为：1000～1150℃沉积4～6h；化学气相沉积热解碳处理的条件参数为：碳化硅源为三氯甲基硅烷；载气为氢气；稀释气体选自氮气、氢气中的至少一种；载气气体和稀释气体的体积比为1:1～1:0.5。6.如权利要求1所述的SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料，其特征在于：所述酚醛树脂包覆层的厚度为80-300微米。7.如权利要求1所述的SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料，其特征在于：所述酚醛树脂包覆的制备方法为：将配取的酚醛树脂溶于有机溶剂中，得到酚醛树脂酒精饱和溶液；然后将A1和/或A2和/或A3置于60～80℃的酚醛树脂酒精饱和溶液中浸渍1～2h；再在80～100℃下烘干1～1.5h；得到酚醛树脂包覆的SiC包覆碳纤维。2CN112281085A权利要求书2/3页8.根据权利要求1所述的SiC包覆碳纤维增强金属基复合材料，其特