玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料及其设备制作方法与设计方案
玄武岩纤维
玄武岩纤维调研资料一、玄武岩化学成分众所周知，地壳由火成岩、沉积岩和变质岩组成。
玄武岩属于火成岩中一种。
火成岩是地下岩浆喷出在地表冷凝后形成岩石。
火成岩中含SiO2大于65%为酸性岩，如花岗石，含SiO2小于52%称为基性岩，如玄武岩。
在两者之间为中性岩，如安山岩。
玄武岩成分中SiO2含量在44%-52%之间者居多，Al2O3含量在12%-18%之间，FeO和Fe2O3含量在9%-14%之间。
玄武岩属于难熔矿物原料，熔化温度在1500℃之上。
含铁量高，使纤维呈古铜色，其中含有K2O, MgO和TiO2等成分，对提高纤维防水，耐腐蚀性能起了重要作用。
玄武岩矿石属火山岩浆矿石，它具有天然化学稳定性，玄武岩矿石是富集、熔融和质量均匀单组元原料。
及玻璃纤维生产不同，玄武岩纤维生产原料是天然且现成。
近年来，为筛选适宜于生产连续玄武岩纤维原料矿石进行过大量研究工作，尤其是为了生产设定特性（如机械强度、化学和热稳定性、电绝缘性等）玄武岩纤维，必须采用特定要求矿石化学组成和纤维成形性能。
例如：生产连续玄武岩纤维所采用矿石化学组成范围如表1所示。
大自然已经提供了构成玄武岩矿石主要能耗，在自然条件下，玄武岩矿石经过富集、化学组份均质化并在地球深部进行熔化等过程。
甚至大自然都考虑到将玄武岩矿石以山岭形式推列地球表面供人类利用，按统计数据约有1/3山脉是由玄武岩构成。
根据已掌握玄武岩矿石化学组成分析数据说明，玄武岩原料几乎遍布全国，价格为20元/吨，原料在玄武岩纤维生产成本中可以不计成本。
在中国很多省份都有适合于连续玄武岩纤维生产矿址，例如：四川、云南、黑龙江、浙江、湖北、海南岛、台湾等省，其中某些省矿石已经在工业试验装置上生产出连续玄武岩纤维。
中国玄武岩矿石及欧洲矿石不同，从地质角度考虑，中国玄武岩矿石比较“年青”，它们不具备很鲜明特征表现，即所谓原化矿石疤痕，通过对中国各省如四川、黑龙江、云南、浙江、湖北，长江中下游、海南等地区玄武岩矿石研究说明，在这些玄武岩矿石中不存在原化岩石，在表面上仅有一些典型黄色铁氧化物薄层。
一种铜基粉末冶金材料及其制备方法[发明专利]
![一种铜基粉末冶金材料及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/d7db79e776c66137ef061915.png)
专利名称：一种铜基粉末冶金材料及其制备方法专利类型：发明专利
发明人：刘莉,王爽,刘晓东
申请号：CN201410577664.4
申请日：20141024
公开号：CN104384495A
公开日：
20150304
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种铜基粉末冶金材料及其制备方法，铜基粉末冶金材料的原料包括：铜粉、氧化铜粉、石墨、镍粉、钼粉、铬粉、硬脂酸锌、二氧化硅、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、对羟基苯甲酸甲酯和聚碳酸酯。
其制备方法为先将铜粉、氧化铜粉、石墨、镍粉、钼粉、铬粉、二氧化硅、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、对羟基苯甲酸甲酯和聚碳酸酯混合，再加入硬脂酸锌；将混合物料初压，所得毛坯件经烧结成半成品件；半成品件冷却后浸入机油处理；处理后的半成品件经过复压复烧后，再用冷水进行冷却；所得制品进行蒸汽处理，即得。
本发明的铜基粉末冶金材料物理性能和防锈性能明显有所提高，进一步扩大了材料的应用范围。
申请人：苏州莱特复合材料有限公司
地址：215009 江苏省苏州市高新区火炬路56号
国籍：CN
代理机构：南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：李纪昌
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玄武岩纤维复合材料的制备
玄武岩纤维复合材料的制备
玄武岩纤维复合材料是一种具有潜在应用前景的新型材料，由于其兼具出色的机械性能和良好的热稳定性，因此在多个领域都具有广泛的应用前景。
在本文中，我们将讨论玄武岩纤维复合材料的制备方法及其应用前景。
玄武岩纤维复合材料主要是由一种高强度、高韧性的玄武岩纤维与一种高模量、耐磨性的纤维复合而成。
玄武岩纤维具有较高的抗拉强度和良好的抗切割性能，而高模量纤维则具有较高的拉伸模量和良好的抗压缩性能。
这两种纤维的复合能够充分发挥各自的优势，使得复合材料具有较高的力学性能和热稳定性。
玄武岩纤维复合材料的制备方法一般包括以下几个步骤：首先对玄武岩纤维和普通纤维进行预处理，使其达到一定的拉伸长度；然后将两种纤维按照一定的比例混合，并经过热处理，使它们充分结合成为一个整体；最后通过压制或其它方式将复合材料压制成形。
在实际应用中，玄武岩纤维复合材料具有广泛的应用前景。
例如，它可以用于制备汽车零部件，如车轮、车架等结构件，具有较高的强度和刚度，同时还具有较好的耐磨性能和抗疲劳特性。
此外，玄武岩纤维复合材料还可以用于制备建筑结构件，如钢筋、水泥等复合材料，具有较高的强度和稳定性，可以有效提高建筑物的整体结构安全性。
总之，玄武岩纤维复合材料具有广泛的应用前景和重要的研究价值。
通过优化制备方法和探索新的应用方式，我们可以更好地发掘这一材料的潜力，为人类带来更多的福祉。
高性能玄武岩纤维复合材料的制备与性能研究
高性能玄武岩纤维复合材料的制备与性能研究近年来，高性能纤维复合材料在航空航天、汽车、电子设备等领域得到广泛应用，玄武岩纤维作为一种新兴的增强材料因其良好的高温性能、耐腐蚀性、抗辐射能力等特点备受瞩目。
本文将探讨玄武岩纤维复合材料的制备与性能研究。
一、纤维制备技术玄武岩纤维的制备技术分为氧化熔体法和微波炉熔融纤维法两种。
其中，氧化熔体法是将玄武岩粉末与锂辉石、膨润土等物质配合后在氧化熔炉中熔化，然后快速冷却成丝；而微波炉熔融纤维法则是将玄武岩粉末直接放入微波炉中，通过微波辐射加热使其熔化成纤维。
与氧化熔体法相比，微波炉熔融纤维法具有更高的生产效率和更低的成本，因此在实际应用中更为广泛。
二、复合混合工艺玄武岩纤维复合材料通常采用热压工艺进行制备。
混合比和工艺参数的选择直接影响到复合体的性能。
树脂基体中通常添加固化剂、填料、增塑剂等成分，以增强树脂的机械性能和热稳定性，并降低制品成本。
此外，合适的热压温度和时间、合理的压力以及均匀的压力分布也是制备高性能玄武岩纤维复合材料的关键因素。
三、性能研究1、力学性能玄武岩纤维的拉伸强度高于碳纤维，抗弯强度高于玻璃纤维。
玄武岩纤维复合材料的力学性能主要受其纤维与树脂之间的黏结强度所决定。
因此，与合适的树脂配比相比，玄武岩纤维复合材料中使用聚酰亚胺等高性能树脂可以大幅提高其力学性能。
2、热性能玄武岩纤维复合材料的热性能主要包括高温抗弯和热膨胀性能。
玄武岩纤维的熔融温度高达1260℃，因此其抗高温性能非常优秀。
同时，添加适量二氧化硅等陶瓷材料可以大幅提高其抗热膨胀性能。
3、耐腐蚀性玄武岩纤维复合材料的耐腐蚀性能主要取决于树脂基体的耐腐蚀能力。
选用化学惰性的聚合物树脂，如聚酰亚胺，可以有效提高其耐腐蚀能力。
四、应用前景随着航空航天、汽车和电子设备的快速发展，对高性能轻量化材料的需求越来越大。
作为新兴的增强材料，玄武岩纤维在高性能复合材料领域具有广阔的应用前景。
未来，玄武岩纤维复合材料将会在原材料降低成本、生产工艺优化和性能提升等方面得到不断改善和发展。
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本技术提供了一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料，其特征在于，包括铜基粉末和改性玄武岩纤维，所述改性玄武岩纤维经过氧化铝包覆改性的玄武岩纤维，所述粉末冶金材料还包括金属氧化物或金属活性元素。
通过玄武岩纤维表面的改性实现了改变玄武岩纤维和金属基体界面反应体系改善界面结合情况，改善了复合材料的脆性，提高铜基材料的力学性能。
权利要求书1.一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料，其特征在于，包括铜基粉末和改性玄武岩纤维，所述改性玄武岩纤维经过氧化铝包覆改性的玄武岩纤维。
2.根据权利要求1所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料，其特征在于：所述粉末冶金材料还包括金属氧化物或金属活性元素。
3.根据权利要求2所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料，其特征在于：所述金属氧化物为氧化铜。
4.根据权利要求3所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料，其特征在于：所述金属活性元素为Ti。
5.如权利要求1-4所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：玄武岩纤维除杂：将玄武岩纤维进行热处理，然后置于去离子水中搅拌分散至玄武岩纤维呈单丝分散，烘干备用；玄武岩纤维的包覆改性：将步骤（1）处理后玄武岩纤维溶与DMF中，加入异丙醇铝，搅拌静置老化，过滤干燥后进行热处理，得到氧化铝包覆改性的玄武岩纤维；铜基粉末冶金材料：将步骤（2）制备的氧化铝包覆改性的玄武岩纤维表面再附着上氧化铜或钛，再经过采用冷压烧结工艺制备玄武岩纤维增强铜基复合材料。
6.根据权利要求5所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：所述氧化铝包覆改性的玄武岩纤维表面再附着上氧化铜的制备工艺为将氧化铝包覆改性的玄武岩纤维加入至含有氧化铜的分散液中，超声振荡，过滤后烘干烧结。
7.根据权利要求5所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：所述氧化铝包覆改性的玄武岩纤维表面再附着上Ti的制备工艺为将碘、钛粉和氧化铝包覆改性的玄武岩纤维，置于反应容器中，抽真空并通入 Ar气，以5℃/min的升温速率升温至1150℃，然后保温60min，之后随炉冷至室温。
8.根据权利要求5所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中冷压烧结的压制压力为400-500MPa，保压时间为3-4min，真空烧结温度为800-1000℃，保温时间为3-4h。
技术说明书一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料及其制备方法技术领域本技术涉及粉末冶金材料，具体涉及一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料及其制备方法。
背景技术铜基粉末冶金摩擦材料是以铜或铜合金为基体，A12O3等陶瓷相为摩擦组元，石墨、铅等固体润滑剂为润滑组元，经混粉、压制、加压烧结制成的粉末冶金复合材料。
由于铜基粉末冶金摩擦材料具有高强度、适宜的摩擦系数、良好的耐磨性、抗粘接性和导热性，并在温差较大、潮湿、干燥等恶劣环境下仍能保证良好的摩擦系数及稳定性，在摩擦离合器件及制动器上得到广泛应用。
玄武岩纤维(basalt fiber，简称BF)是将熔融的玄武岩高速拉制而成的一种高性能无机纤维，与碳纤维、超聚乙烯纤维和芳纶等其它高科技纤维相比，BF具有耐磨、耐高温、耐腐蚀等优点。
另外，BF的原料来源充足且价格低，是BF研究和利用的重要优势之一。
以BF为增强体的复合材料已在多个领域展开研究和应用，如：防火隔热、基础建设、环境防护、结构材料和国防军工等方面，BF被誉为21世纪可持续发展的新型绿色无机非金属材料。
玄武岩纤维增强金属基复合材料是两种性质完全不同的材料复合而成的新材料，因此必须力求获得良好和稳定的界面。
为了提高液体金属对纤维的浸润和提高界面的稳定性，主要的做法有三个：一是在基体中添加合金元素；二是对纤维进行表面改性处理；三是在纤维表面涂覆一层极薄的中间层。
目前用于金属基复合材料的加强纤维，主要采用第二个方法。
目前玄武岩纤维增强金属基复合材料的研究主要集中在进一步的简化生产工艺，降低成本上，对该类材料的理论研究也有待于大量进行。
技术内容要解决的技术问题：本技术的目的是提供一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料，玄武岩纤维作为增强体，是一种无机非金属材料，与铜基体的润湿性较差，则必然导致复合材料性能的急剧下降，甚至无法复合成为一个整体。
为了制得性能优异的复合材料，须对增强材料的表面进行表面物理或化学方法的改性处理，改变其表面形态、晶态、表面能、极性、表面化学组成以及除去表面弱边界层，调整到与基体的表面性能相匹配和适应，以提高二者的相容性，润湿性，反应性以及粘结性能。
技术方案：一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料，包括铜基粉末和改性玄武岩纤维，所述改性玄武岩纤维经过氧化铝包覆改性的玄武岩纤维。
进一步的，所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料，所述粉末冶金材料还包括金属氧化物或金属活性元素。
进一步的，所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料，所述金属氧化物为氧化铜。
进一步的，所述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料，其特征在于：所述金属活性元素为Ti。
上述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：（1）玄武岩纤维除杂：将玄武岩纤维进行热处理，然后置于去离子水中搅拌分散至玄武岩纤维呈单丝分散，烘干备用；（2）玄武岩纤维的包覆改性：将步骤（1）处理后玄武岩纤维溶与DMF中，加入异丙醇铝，搅拌静置老化，过滤干燥后进行热处理，得到氧化铝包覆改性的玄武岩纤维；（3）铜基粉末冶金材料：将步骤（2）制备的氧化铝包覆改性的玄武岩纤维表面再附着上氧化铜或钛，再经过采用冷压烧结工艺制备玄武岩纤维增强铜基复合材料。
上述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，所述氧化铝包覆改性的玄武岩纤维表面再附着上氧化铜的制备工艺为将氧化铝包覆改性的玄武岩纤维加入至含有氧化铜的分散液中，超声振荡，过滤后烘干烧结。
上述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，所述氧化铝包覆改性的玄武岩纤维表面再附着上Ti的制备工艺为将碘、钛粉和氧化铝包覆改性的玄武岩纤维，置于反应容器中，抽真空并通入 Ar气，以5℃/min的升温速率升温至1150℃，然后保温60min，之后随炉冷至室温。
上述的一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，所述步骤（3）中冷压烧结的压制压力为400-500MPa，保压时间为3-4min，真空烧结温度为800-1000℃，保温时间为3-4h。
有益效果：本技术的铜基粉末冶金材料具有以下优点：（1）铜基体和玄武岩纤维的热膨胀系数不匹配，化学键的差异较大，最终导致两相的润湿性较差，从而两相的结合情况也非常的差，本技术中通过改性来改良玄武岩纤维和铜的润湿性；（2）通过玄武岩纤维表面的改性实现了改变玄武岩纤维和金属基体界面反应体系改善界面结合情况，改善了复合材料的脆性，提高铜基材料的力学性能。
具体实施方式实施例1一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：（1）玄武岩纤维除杂：将玄武岩纤维进行热处理，热处理温度为600℃，时间为60min，然后置于去离子水中搅拌分散至玄武岩纤维呈单丝分散，烘干备用；（2）玄武岩纤维的包覆改性：将步骤（1）处理后玄武岩纤维溶与DMF中，在室温下搅拌10min，再将超声处理30min，重复以上过程3次，加入异丙醇铝，搅拌静置老化20h得到胶状液体，过滤干燥后在Ar气氛中进行热处理，热处理温度为800℃，时间为4h，得到氧化铝包覆改性的玄武岩纤维，其中玄武岩纤维和异丙醇铝的质量比为1：3；（3）铜基粉末冶金材料：将步骤（2）制备的氧化铝包覆改性的玄武岩纤维表面再附着上氧化铜的制备工艺为将氧化铝包覆改性的玄武岩纤维加入至含有氧化铜的分散液中，超声振荡，过滤后烘干烧结，再经过采用冷压烧结工艺制备玄武岩纤维增强铜基复合材料，冷压烧结的压制压力为400MPa，保压时间为4min，真空烧结温度为800℃，烧结时控制在8小时升温至800℃，保温时间为3h降温至400℃，然后随炉冷却。
实施例2一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：（1）玄武岩纤维除杂：将玄武岩纤维进行热处理，热处理温度为550℃，时间为120min，然后置于去离子水中搅拌分散至玄武岩纤维呈单丝分散，烘干备用；（2）玄武岩纤维的包覆改性：将步骤（1）处理后玄武岩纤维溶与DMF中，在室温下搅拌10min，再将超声处理50min，重复以上过程3次，加入异丙醇铝，搅拌静置老化20h得到胶状液体，过滤干燥后在Ar气氛中进行热处理，热处理温度为800℃，时间为1h，得到氧化铝包覆改性的玄武岩纤维，其中玄武岩纤维和异丙醇铝的质量比为1：10；（3）铜基粉末冶金材料：将步骤（2）制备的氧化铝包覆改性的玄武岩纤维表面再附着上氧化铜的制备工艺为将氧化铝包覆改性的玄武岩纤维加入至含有氧化铜的分散液中，超声振荡，过滤后烘干烧结，再经过采用冷压烧结工艺制备玄武岩纤维增强铜基复合材料，冷压烧结的压制压力为500MPa，保压时间为3min，真空烧结温度为1000℃，烧结时控制在8小时升温至1000℃，保温时间为4h降温至400℃，然后随炉冷却。
实施例3一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：（1）玄武岩纤维除杂：将玄武岩纤维进行热处理，热处理温度为600℃，时间为90min，然后置于去离子水中搅拌分散至玄武岩纤维呈单丝分散，烘干备用；（2）玄武岩纤维的包覆改性：将步骤（1）处理后玄武岩纤维溶与DMF中，在室温下搅拌10min，再将超声处理40min，重复以上过程3次，加入异丙醇铝，搅拌静置老化20h得到胶状液体，过滤干燥后在Ar气氛中进行热处理，热处理温度为800℃，时间为2h，得到氧化铝包覆改性的玄武岩纤维，其中玄武岩纤维和异丙醇铝的质量比为1：6；（3）铜基粉末冶金材料：将步骤（2）制备的氧化铝包覆改性的玄武岩纤维表面再附着上氧化铜的制备工艺为将氧化铝包覆改性的玄武岩纤维加入至含有氧化铜的分散液中，超声振荡，过滤后烘干烧结，再经过采用冷压烧结工艺制备玄武岩纤维增强铜基复合材料，冷压烧结的压制压力为450MPa，保压时间为3min，真空烧结温度为900℃，烧结时控制在8小时升温至900℃，保温时间为4h降温至400℃，然后随炉冷却。
实施例4一种玄武岩纤维增强铜基粉末冶金材料的制备方法，包括以下步骤：（1）玄武岩纤维除杂：将玄武岩纤维进行热处理，热处理温度为600℃，时间为60min，然后置于去离子水中搅拌分散至玄武岩纤维呈单丝分散，烘干备用；（2）玄武岩纤维的包覆改性：将步骤（1）处理后玄武岩纤维溶与DMF中，在室温下搅拌10min，再将超声处理30min，重复以上过程3次，加入异丙醇铝，搅拌静置老化20h得到胶状液体，过滤干燥后在Ar气氛中进行热处理，热处理温度为800℃，时间为1h，得到氧化铝包覆改性的玄武岩纤维，其中玄武岩纤维和异丙醇铝的质量比为1：3；（3）铜基粉末冶金材料：将步骤（2）制备的氧化铝包覆改性的玄武岩纤维表面再附着上Ti的制备工艺为将碘、钛粉和氧化铝包覆改性的玄武岩纤维，置于反应容器中，抽真空并通入 Ar气，以5℃/min的升温速率升温至1150℃，然后保温60min，之后随炉冷至室温，再经过采用冷压烧结工艺制备玄武岩纤维增强铜基复合材料，冷压烧结的压制压力为400MPa，保压时间为3min，真空烧结温度为800℃，烧结时控制在7小时升温至800℃，保温时间为4h降温至400℃，然后随炉冷却。