專利名稱：玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)金屬基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合材料的制備方法，具體涉及一種玉 米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)金屬基復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，公知的具有遺態(tài)結(jié)構(gòu)的C/金屬?gòu)?fù)合材料的技術(shù)有1)材料導(dǎo)報(bào)[J]， 2006(10) :57刊登的《遺態(tài)材料的研究理念和研究進(jìn)展》；2)化學(xué)進(jìn)展[J]，2008，20 (6) 9891000刊登的《生物模板法制備木材陶瓷》；3) 2004年中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C]， 2004 421刊登的鋁合金/木質(zhì)陶瓷復(fù)合材料的制備與力學(xué)性能研究；4)專利《生態(tài)陶瓷、 金屬?gòu)?fù)合材料的制備方法》(專利號(hào)ZL02137503. 8，公開號(hào)CN1403620,
公開日2003. 3. 19)。 5)專利《摩擦復(fù)合材料的制備方法》(專利號(hào)02137504. 6，公開號(hào)CN1403527，公開 日2003.03. 19) ；6)專利《麻纖維遺態(tài)結(jié)構(gòu)C/Sn或C/A1復(fù)合材料的制備方法》申請(qǐng)?zhí)?200810231642. 7，公開號(hào) CN101381855,
公開日
2009. 03. 11)。以上公開的技術(shù)主要以木、竹、麻、秸稈、生物礦物等天然生物材料為生物模板制 備遺態(tài)結(jié)構(gòu)C/金屬?gòu)?fù)合材料，沒有以玉米芯為生物模板結(jié)構(gòu)制備遺態(tài)C/金屬?gòu)?fù)合材料。而 玉米芯作為農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物，產(chǎn)量巨大，來源廣泛，且具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，具有高的含碳量和 低的灰分及硫含量，比表面積大、孔結(jié)構(gòu)規(guī)則，玉米芯以其放射狀多孔結(jié)構(gòu)有利于形成各向 異性等優(yōu)點(diǎn)。因此，研究和開發(fā)玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)C/金屬?gòu)?fù)合材料，不僅使所制備的遺態(tài)材 料，在結(jié)構(gòu)上遺傳了玉米芯結(jié)構(gòu)的放射狀、多維的本征精細(xì)結(jié)構(gòu)，可賦予了其新的功能。使 其具有質(zhì)輕、消振、吸音、耐高溫、抗氧化、減摩耐磨、承載和傳感性好的特點(diǎn)，從而擴(kuò)展其應(yīng) 用領(lǐng)域。同時(shí)有效地利用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品玉米芯，為增加其經(jīng)濟(jì)價(jià)值提供了一條便捷的利用途 徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)金屬基復(fù)合材料的制備方法，解決了 現(xiàn)有的制備方法無法以玉米芯為生物模板結(jié)構(gòu)制備遺態(tài)C/金屬?gòu)?fù)合材料的問題。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)金屬基復(fù)合材料的制備方法， 具體按照以下步驟實(shí)施步驟1 制備玉米芯結(jié)構(gòu)模板，取玉米芯，浸漬熱固性樹脂后，常溫固化或熱壓成型后固化，得到玉米芯結(jié)構(gòu)模 板；步驟2 制備遺態(tài)C基模板；步驟3 將步驟1制備的玉米芯結(jié)構(gòu)模板與金屬混合，放入浸滲裝置內(nèi)，將浸滲裝 置置于真空爐中，采用真空壓力浸滲或無壓自發(fā)浸滲，以3-20°C /min的升溫速率升溫至 250-1100°C，保溫l-10h，真空度為lXlO-LlXlO^a，得到玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)金屬基復(fù)合材 料；
或，將步驟2制備的遺態(tài)C基模板與金屬混合，放入浸滲裝置內(nèi)，將浸滲裝置 置于真空爐中，采用真空壓力浸滲或無壓自發(fā)浸滲，以3-20°C /min的升溫速率升溫至 500-1100°C，保溫l-10h，真空度為lXlO-i-lXlC^Pa，得到玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)金屬基復(fù)合材 料。本發(fā)明的特征還在于，其中的步驟2制備遺態(tài)C基模板，具體按照以下步驟實(shí)施將玉米芯干燥后， 置于真空熱壓爐中，在真空或惰性氣體保護(hù)氣氛下，以3-20°C /min的升溫速率升溫至 500-1800°C，保溫l-10h，冷卻，得到具有玉米芯結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C基模板。其中的步驟2制備遺態(tài)C基模板，具體按照以下步驟實(shí)施將步驟1制備的玉米芯 結(jié)構(gòu)模板置于真空熱壓爐中，在真空或惰性氣體保護(hù)氣氛下，以3-20°C /min的升溫速率升 溫至500-1800°C，保溫l-10h，冷卻，得到具有玉米芯結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C基模板。其中的熱固性樹脂采用酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂或呋喃樹脂中的一種。其中的浸漬采用自然浸漬或超聲浸漬。其中的步驟1中的熱壓成型后固化，溫度為100-150°C，壓強(qiáng)為0. IMPa-l. 5MPa，時(shí) 間為 0. 5-5h。其中的冷卻，采用隨爐冷卻或溫控冷卻。其中的步驟3中的真空壓力浸滲，真空度為lXlCT-lXlO^a，壓強(qiáng)為0.01-0. 1 個(gè)大氣壓。其中的步驟3中的無壓自發(fā)浸滲，真空度為lXlC^-lXlO^a。本發(fā)明方法的有益效果是，利用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物玉米芯為生物模板，向其中的生物孔 隙中浸滲導(dǎo)電導(dǎo)熱塑性好的金屬及其合金，如Al、Sn、Cu、Mg等金屬及其合金，制備出了具 有玉米芯結(jié)構(gòu)的玉米芯遺態(tài)C基/金屬?gòu)?fù)合材料。本發(fā)明具有如下特點(diǎn)為(1)采用玉米芯為生物模板，制備的遺態(tài)材料，不僅遺傳了生物自身放射狀、多層 次、多維的本征精細(xì)結(jié)構(gòu)，賦予了遺態(tài)結(jié)構(gòu)C/金屬?gòu)?fù)合材料新的結(jié)構(gòu)特性。(2)金屬相的介入，不僅提高了 C基模板的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、韌性，而且還與C基體界面 發(fā)生了良好的連續(xù)性結(jié)合，從而賦予了遺態(tài)C/金屬?gòu)?fù)合材料新的功能特性。(3)制備得到的玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)C/金屬?gòu)?fù)合材料，具有質(zhì)輕，消振、吸音、減摩耐 磨和承載性好的特點(diǎn)，應(yīng)用前景更加廣闊。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)金屬基復(fù)合材料的制備方法，具體按照以下步驟進(jìn)行步驟1 制備玉米芯結(jié)構(gòu)模板取市購(gòu)玉米芯，浸漬熱固性樹脂后，常溫固化或在模壓機(jī)上熱壓成型后固化，即得 到玉米芯結(jié)構(gòu)模板。步驟2 高溫真空/惰性氣體氣氛碳化燒結(jié)，制備玉米芯結(jié)構(gòu)模板將市購(gòu)的玉米芯干燥后，置于真空爐中，在真空或惰性氣體保護(hù)氣氛下，以 3-20°C /min的升溫速率升溫至500-1800°C，保溫l_10h，冷卻，得到具有玉米芯結(jié)構(gòu)的遺態(tài) C基模板
或，將步驟1制備的玉米芯結(jié)構(gòu)模板置于真空爐中，在真空或氮?dú)?、氬氣等惰性?體保護(hù)氣氛下，以3-20°C /min的升溫速率，在500-1800°C下保溫l_10h，冷卻，制備出具有 玉米芯結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C基模板。步驟3 真空浸滲熔融金屬將步驟1制備的玉米芯模板和金屬或其合金粉或塊放入自制浸滲裝置內(nèi)，并置 于真空爐中，采用真空壓力浸滲技術(shù)或無壓自發(fā)浸滲技術(shù)，以3-20°C /min的升溫速率，在 250-1100°C下保溫l-10h，真空度為1 X lCT-l X 10_3Pa，制備出具有玉米芯結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C/金 屬?gòu)?fù)合材料。其中真空壓力浸滲壓強(qiáng)為0. 01-0. 1個(gè)大氣壓?；?，將步驟2制備的玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)C基模板和金屬粉或塊放入自制浸滲裝置內(nèi)， 并置于真空爐中，采用真空壓力浸滲技術(shù)或無壓自發(fā)浸滲技術(shù)，以3-20°C /min的升溫速 率，在250-1100°C下保溫l-10h，真空度為lXlO-i-lXlC^Pa，制備出具有玉米芯結(jié)構(gòu)的遺 態(tài)C/金屬?gòu)?fù)合材料。其中真空壓力浸滲壓強(qiáng)為0. 01-0. 1個(gè)大氣壓。實(shí)施例1取市購(gòu)玉米芯，采用自然浸漬熱固性樹脂酚醛24h后，在模壓機(jī)上120°C、0. IMPa 壓強(qiáng)下熱壓lh成型后固化，得到玉米芯模板。將制備的玉米芯模板和A1合金粉放入自制 浸滲裝置內(nèi)，并置于真空爐中，采用真空壓力浸滲技術(shù)，以5°C /min的升溫速率，在670°C下 保溫2h，真空度為IX lO—Pa，壓強(qiáng)為0. 1個(gè)大氣壓，制備出具有玉米芯結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C/鋁合 金復(fù)合材料。實(shí)施例2取市購(gòu)玉米芯，采用超聲浸漬熱固性環(huán)氧樹脂24h后，室溫固化得到玉米芯模板。 將制備的玉米芯模板置于真空熱壓爐中，在真空保護(hù)氣氛下，以5°C /min的升溫速率，在 800°C下保溫2h，5°C /min冷卻，制備出具有玉米芯結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C基模板。后將制備的C基 模板表面涂覆Sn合金粉放入自制浸滲裝置內(nèi)，并置于真空爐中，采用無壓自發(fā)浸滲技術(shù)， 以3°C /min的升溫速率，在250°C下保溫10h，真空度為1 X lO—Pa，制備出具有玉米芯結(jié)構(gòu) 的遺態(tài)C/錫合金復(fù)合材料。實(shí)施例3取市購(gòu)玉米芯，干燥2h后，置于真空熱壓爐中，在真空保護(hù)氣氛下，以20°C /min 的升溫速率，在1800°C下保溫lh，爐冷，制備出具有玉米芯結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C基模板。后將制 備的玉米芯模板和銅粉放入自制浸滲裝置內(nèi)，并置于真空爐中，采用無壓自發(fā)浸滲技術(shù)，以 20°C /min的升溫速率，在1100°C下保溫lh，真空度為1 X lO—Pa，制備出具有玉米芯結(jié)構(gòu)的 遺態(tài)C/銅合金復(fù)合材料。實(shí)施例4取市購(gòu)玉米芯，干燥2h后，置于真空熱壓爐中，在真空保護(hù)氣氛下，以3°C /min的 升溫速率，在500°C下保溫10h，爐冷，制備出具有玉米芯結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C基模板。后將制備的 玉米芯模板和鎂鋁合金粉放入自制浸滲裝置內(nèi)，并置于真空爐中，采用無壓自發(fā)浸滲技術(shù)， 以5°C/min的升溫速率，在660°C下保溫2h，真空度為lX10_3Pa，制備出具有玉米芯結(jié)構(gòu)的 遺態(tài)C/鋁鎂合金復(fù)合材料。采用本發(fā)明方法制備得到的玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)金屬基復(fù)合材料，具有質(zhì)輕、消振、吸 音、承載和減摩耐磨性好的特點(diǎn)，充分利用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物，提高農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物的利用價(jià)值，賦予了遺態(tài)C基/金屬?gòu)?fù)合材料新的結(jié)構(gòu)和功能特性，具有更廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
一種玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)金屬基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施步驟1制備玉米芯結(jié)構(gòu)模板，取玉米芯，浸漬熱固性樹脂后，常溫固化或熱壓成型后固化，得到玉米芯結(jié)構(gòu)模板；步驟2制備遺態(tài)C基模板；步驟3將步驟1制備的玉米芯結(jié)構(gòu)模板與金屬混合，放入浸滲裝置內(nèi)，將浸滲裝置置于真空爐中，采用真空壓力浸滲或無壓自發(fā)浸滲，以3-20℃/min的升溫速率升溫至250-1100℃，保溫1-10h，真空度為1×10-1-1×10-3Pa，得到玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)金屬基復(fù)合材料；或，將步驟2制備的遺態(tài)C基模板與金屬混合，放入浸滲裝置內(nèi)，將浸滲裝置置于真空爐中，采用真空壓力浸滲或無壓自發(fā)浸滲，以3-20℃/min的升溫速率升溫至500-1100℃，保溫1-10h，真空度為1×10-1-1×10-3Pa，得到玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)金屬基復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟2制備遺態(tài)C基模板， 具體按照以下步驟實(shí)施將玉米芯干燥后，置于真空熱壓爐中，在真空或惰性氣體保護(hù)氣氛 下，以3-20°C /min的升溫速率升溫至500-1800°C，保溫l_10h，冷卻，得到具有玉米芯結(jié)構(gòu) 的遺態(tài)C基模板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟2制備遺態(tài)C基模板，具 體按照以下步驟實(shí)施將步驟1制備的玉米芯結(jié)構(gòu)模板置于真空熱壓爐中，在真空或惰性 氣體保護(hù)氣氛下，以3-20°C /min的升溫速率升溫至500-1800°C，保溫l_10h，冷卻，得到具 有玉米芯結(jié)構(gòu)的遺態(tài)C基模板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的熱固性樹脂采用酚醛樹脂、環(huán) 氧樹脂或呋喃樹脂中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的浸漬采用自然浸漬或超聲浸漬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟1中的熱壓成型后固化， 溫度為 100-150°C，壓強(qiáng)為 0. IMPa-l. 5MPa，時(shí)間為 0. 5_5h。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征在于，所述的冷卻，采用隨爐冷卻或溫 控冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟3中的真空壓力浸滲，真 空度為IX ICT1-I X 10_3Pa，壓強(qiáng)為0.01-0. 1個(gè)大氣壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟3中的無壓自發(fā)浸滲，真 空度為 IX IO^1-I X IO^3Pa0
全文摘要
本發(fā)明公開的一種玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)金屬基復(fù)合材料的制備方法，首先制備玉米芯結(jié)構(gòu)模板，其次制備遺態(tài)C基模板，最后將玉米芯結(jié)構(gòu)模板或遺態(tài)C基模板與金屬混合，放入浸滲裝置內(nèi)，將浸滲裝置置于真空爐中，采用真空壓力浸滲或無壓自發(fā)浸滲，以3-20℃/min的升溫速率升溫至500-1800℃，保溫1-10h，真空度為1×10-1-1×10-3Pa，壓強(qiáng)為0.01-0.1個(gè)大氣壓，得到玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)金屬基復(fù)合材料。本發(fā)明方法制備得到的玉米芯結(jié)構(gòu)遺態(tài)金屬基復(fù)合材料，具有質(zhì)輕、消振、吸音、承載和減摩耐磨性好的特點(diǎn)，充分利用農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物，提高農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物的利用價(jià)值，賦予了遺態(tài)C基/金屬?gòu)?fù)合材料新的結(jié)構(gòu)和功能特性，具有更廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C22C101/10GK101838781SQ20101030140
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者付翀, 姜鳳陽(yáng), 楊敏鴿, 王俊勃, 王瓊, 申明乾, 賀辛亥 申請(qǐng)人:西安工程大學(xué)