專利名稱：含SnO的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬基復合材料領域。
背景技術：
金屬基復合材料既能發揮金屬和陶瓷各自的優勢，又在材料的成分、組織和性能上具有很大的可設計性，因此金屬基復合材料雖問世已有30多年，仍保持極高的生命力。近年來，陶瓷相增強金屬，尤其是增強鋁基或鎂基復合材料受到越來越多的重視。該材料具有高強度、高模量和低熱膨脹系數等優良的性能，并可用傳統的加工、成型方法進行二次加工，因而作為一種新型結構材料，在航空航天、汽車制造以及普通工程領域具有廣泛的應用前景。雖然復合材料商業性應用正在出現，但是復合材料中陶瓷增強相和基體潤濕性較差，而且，增強相和基體以及基體中的合金元素會發生嚴重的界面反應，這不僅損傷了增強相的完整性，并可能在界面形成脆性相，影響復合材料的力學性能，同時也降低材料的穩定性和可靠性。另外，復合材料的熱塑性變形能力較差，特別是晶須增強的復合材料在熱塑性變形過程中會導致晶須的大量折斷，使復合材料的力學性能顯著下降，這都嚴重地制約了復合材料商業化的應用前景。為了提高復合材料的整體性能，勢必需要改善陶瓷增強相與基體的界面。在已有的各種途徑中，增強相表面改性處理是獲得良好界面以及優化界面反應的一個行之有效的方法。
發明內容
針對現有復合材料存在增強相與基體的潤濕性差、增強相和基體以及基體中的合金元素會發生嚴重的界面反應和熱塑性變形能力較差的不足，提供一種含SnO2涂覆陶瓷相增強鋁基或鎂基復合材料，該復合材料可以通過物理或化學方法實現陶瓷增強相表面的SnO2涂覆。SnO2涂覆后不僅可以提高增強相與基體的潤濕性，抑制增強相與基體的界面反應，而且還可以降低復合材料的熱塑性變形溫度，減少復合材料熱加工的成本，因而熱變形后復合材料仍有很好的力學性能。本發明的含SnO2涂覆陶瓷相增強鋁基或鎂基復合材料由SnO2涂層、陶瓷增強相和鋁或鎂基體三種成分組成，其中陶瓷增強相的體積占總體積的15～50％，SnO2的加入量占陶瓷增強相質量的2～20％。
本發明具有以下優點(1)SnO2涂覆陶瓷增強相后改變了復合材料界面的原始結合狀態，提高了增強相與基體的潤濕性及界面結合強度。(2)陶瓷增強相表面涂覆SnO2抑制了增強相與基體發生反應所造成的增強相的損傷，對復合材料的物理、力學性能產生一定的影響。(3)通過涂覆量以及后續的熱處理控制界面的反應程度，實現提高增強相與基體界面性能的目的。(4)SnO2與鋁或鎂發生反應，反應方程式為，，生成分布在增強相和基體的界面上低熔點金屬Sn，生成的金屬Sn熔點為231.9℃，且在基體中的固溶度小，因而低熔點的金屬Sn分布在增強相和基體的界面上，這有助于復合材料進行熱塑性變形，在高于231℃進行熱塑性變形時，界面的Sn變成液體起到潤滑作用，從而降低變形溫度和加工成本，減少增強相的損傷，提高復合材料熱塑性變形能力。和增強相表面沒有涂覆SnO2的復合材料相比，本發明不但提高了復合材料的熱塑性變形能力，而且還明顯地降低復合材料的熱塑性變形溫度，減少了復合材料熱加工的成本，同時也減少了陶瓷增強相的損傷，使鋁基或鎂基復合材料經熱塑性變形后仍具有優良的力學性能。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式的含SnO2涂覆陶瓷相增強鋁基或鎂基復合材料由SnO2涂層、陶瓷增強相和鋁或鎂基體三種成分組成，其中陶瓷增強相的體積占總體積的15～50％，SnO2的加入量占陶瓷增強相質量的2～20％。首先在陶瓷增強相的表面用溶膠-凝膠、共沉淀、化學氣相沉積(CVD)或物理氣相沉積(PVD)等方法涂覆SnO2；然后用已涂覆好的增強相制備鋁基或鎂基復合材料。所述陶瓷增強相為顆粒、晶須、纖維中的一種或幾種的混合物，其中顆粒為鋰霞石、Al2O3、SiC、Si3N4、AlN、TiC等中的一種或幾種的混合，晶須為9Al2O3·2B2O3(Al18B4O33)、2MgO·B2O3(Mg2B3O5)、SiC、AlN、Si3N4、ZnO、CaSO4、CaCO3等中的一種或幾種的混合，纖維為莫萊石、玄武巖、SiC等中的一種或幾種的混合；基體為純鋁或純鎂以及鋁或鎂合金。
具體實施例方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是，陶瓷增強相的體積占總體積的20％，SnO2的加入量占陶瓷增強相質量的10％。它是這樣制備的制備10克含SnO2的溶膠，加入硼酸鋁晶須100克，攪拌至粘稠，在450～700℃焙燒1～3小時，得到涂覆SnO2的硼酸鋁晶須；然后用水將其分散，制成陶瓷增強相體積分數為20％的預制塊，將預制塊在900～1100℃焙燒1～3小時，隨后用擠壓鑄造法制備鋁基復合材料。
具體實施例方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是，陶瓷增強相的體積占總體積的20％，SnO2的加入量占陶瓷增強相質量的5％。它是這樣制備的制備5克含SnO2的溶膠，加入硼酸鎂晶須100克，攪拌至粘稠，隨后在450～700℃焙燒1～3小時，得到涂覆SnO2的硼酸鎂晶須；然后將其用水分散，制成陶瓷增強相體積分數為20％預制塊，將預制塊在900～1100℃焙燒1～3小時，隨后用擠壓鑄造法制備鋁基復合材料。
具體實施例方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是，陶瓷增強相的體積占總體積的50％，SnO2的加入量占陶瓷增強相質量的5％。它是這樣制備的制備5克含SnO2的溶膠，加入Al2O3顆粒100克，攪拌至粘稠，然后制成陶瓷增強相體積分數為50％的預制塊，將預制塊在1100℃焙燒1小時，隨后用擠壓鑄造法制備鋁基復合材料。
具體實施例方式
五本實施方式與具體實施方式
一不同的是，陶瓷增強相的體積占總體積的30％，SnO2的加入量占陶瓷增強相質量的5％。它是這樣制備的制備5克含SnO2的溶膠，加入硼酸鋁晶須100克，攪拌至粘稠，然后制成陶瓷增強相體積分數為30％預制塊，將預制塊在900～1100℃焙燒1～3小時，隨后用擠壓鑄造法制備鎂基復合材料。
具體實施例方式
六本實施方式與具體實施方式
一不同的是，陶瓷增強相的體積占總體積的30％，SnO2的加入量占陶瓷增強相質量的2.5％。它是這樣制備的制備2.5克含SnO2的溶膠，加入硼酸鎂晶須100克，攪拌至粘稠，然后制成陶瓷增強相體積分數為30％預制塊，將預制塊在900～1100℃焙燒1～3小時，隨后用擠壓鑄造法制備鎂基復合材料。
具體實施例方式
七本實施方式與具體實施方式
一不同的是，陶瓷增強相的體積占總體積的40％，SnO2的加入量占陶瓷增強相質量的20％。它是這樣制備的制備20克含SnO2的溶膠，加入SiC顆粒100克，攪拌至粘稠，然后制成陶瓷增強相體積分數為40％的預制塊，將預制塊在1000℃焙燒1小時，隨后用擠壓鑄造法制備鎂基復合材料。
權利要求
1.含SnO2涂覆陶瓷相增強鋁基或鎂基復合材料，其特征在于它由SnO2涂層、陶瓷增強相和鋁或鎂基體三種成分組成，其中陶瓷增強相的體積占總體積的15～50％，SnO2的加入量占陶瓷增強相質量的2～20％。
2.根據權利要求1所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強鋁基或鎂基復合材料，其特征在于鋁基體為純鋁或鋁合金。
3.根據權利要求1所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強鋁基或鎂基復合材料，其特征在于鎂基體為純鎂或鎂合金。
4.根據權利要求1所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強鋁基或鎂基復合材料，其特征在于陶瓷增強相為顆粒、晶須、纖維中的一種或幾種的混合物。
5.根據權利要求4所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強鋁基或鎂基復合材料，其特征在于所述顆粒為鋰霞石、Al2O3、SiC、Si3N4、AlN、TiC中的一種或幾種的混合。
6.根據權利要求4所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強鋁基或鎂基復合材料，其特征在于所述晶須為9Al2O3·2B2O3(Al18B4O33)、2MgO·B2O3(Mg2B3O5)、SiC、AlN、Si3N4、ZnO、CaSO4、CaCO3中的一種或幾種的混合。
7.根據權利要求4所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強鋁基或鎂基復合材料，其特征在于所述纖維為莫萊石、玄武巖、SiC中的一種或幾種的混合。
8.根據權利要求1～7中任一權利要求所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強鋁基或鎂基復合材料，其特征在于陶瓷增強相的體積占總體積的40％，SnO2的加入量占陶瓷增強相質量的20％。
9.根據權利要求1～7中任一權利要求所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強鋁基或鎂基復合材料，其特征在于陶瓷增強相的體積占總體積的20％，SnO2的加入量占陶瓷增強相質量的10％。
10.根據權利要求1～7中任一權利要求所述的含SnO2涂覆陶瓷相增強鋁基或鎂基復合材料，其特征在于陶瓷增強相的體積占總體積的30％，SnO2的加入量占陶瓷增強相質量的2.5％。
全文摘要
含SnO
文檔編號C22C45/08GK1769511SQ200510010130
公開日2006年5月10日 申請日期2005年6月29日 優先權日2005年6月29日
發明者費維棟, 王黎東, 岳紅彥 申請人:哈爾濱工業大學