专利名称：一种制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料的方法。
背景技术：
碳化硅颗粒增强铝基(SiCp/Al)复合材料具有高强度、高模量、高导热性接、热膨胀系数低、重量轻、性价 比高等优异的综合性能，在航空航天、光学、电子封装，体育器材等领域具有广阔的应用前景。其主要特点是能够通过调整SiC颗粒的含量而获得理想的综合性能，如国外用它代替铍、钛和玻璃制作轻型反射镜基材、陀螺支架、惯性平台等，在显示器、电子计数测量阵列上的封装和热沉构件，坦克火控系统、红外探测系统、空基激光系统、镜像红外制导、超轻型空间望远镜、卫星导航系统中得到应用。SiCp/Al复合材料的制备方法主要有无压渗透法和真空渗透法等，通过采用碳化硅颗粒预制坯件制备不同体积分数SiCp的金属基复合材料。由于SiCp颗粒和Al基体的浸润性较差，制备出的复合材料很难实现理想化的完全渗透，复合材料的致密性较差，密度很难达到完全均匀，复合材料内部很难消除微孔、有害夹杂相、内应力大等缺陷，大大削弱的复合材料良好的综合性能。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料的方法，它能制备出组织致密，增强体颗粒分布均匀的SiCp/Al复合材料。本发明是这样来实现的，一种制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料的方法，所述方法包括
(a)采用不同粒径的碳化硅颗粒(SiCp)、按照1:1-2:1的体积比，获得不同的粒径及体积比的混合碳化硅颗粒，放入搅拌机里搅拌1-3. 5小时，以期获得均匀的混合颗粒；
(b)将粘结剂和造孔剂加入到不同粒径的碳化硅颗粒混合物中，搅拌均匀；
(c)将含有粘结剂和造孔剂的碳化硅颗粒放入压机上压制出所需形状的预制坯，在80-120°C的干燥室内烘干保存；
Cd)将SiCp混合物预制坯进行预烧结，获得具有特定孔隙率的SiCp坯件；
Ce)将预烧后的SiCp坯件除杂，并在1000-1100°C下保温1-2. 5小时预氧化；
Cf)将铝基体材料和SiCp坯件放在一起，采用自由浸渗法，保温2-4小时，制备出碳化硅颗粒增强铝基复合材料。所述的配置的不同粒径的SiCp颗粒可以是两种不同粒径的，按照的1:1-2:1配比关系混合。也可以是三种不同粒径的混合，按照I :1 1配比关系混合。所述的SiCp粒径在70# -180#之间。所述的铝基体材料为1063、2024、、ZL301、ZLlOl其中的一种。所述的粘结剂为硬脂酸钠、石蜡、硅溶胶其中的一种。所述的造孔剂为淀粉、硬脂酸、石墨。所述预氧化温度为1000-1100°C。
本发明的技术效果是 制备工艺简单、成本低，易于实现；本发明是克服了现有技术制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料存在的不良问题，通过分段式预烧结和预氧化，碳化硅颗粒得到充分的预氧化，充分地消除了预制坯里的粘结剂及填充剂，增加了孔隙的开放式程度；通过不同粒度的碳化硅颗粒配比混合，并经充分氧化，有效地提高了碳化硅颗粒和铝基体的浸润性，制备出复合材料组织结构致密，碳化硅颗粒在基体中分布均匀，无偏聚现象，具有高的导热性、高的弹性模量及尺寸稳定性好等良好的综合性能。
具体实施例方式实施例I :制备SiC颗粒体积分数为50%的碳化硅颗粒增强铝基复合材料
分别采用粒径为70#、180#的碳化硅粉，按体积比1:1混合，根据碳化硅的体积，按碳化硅粘结剂造孔剂体积比8 3 :2，加入的粘结剂为硬脂酸钠，造孔剂为淀粉，放入搅拌机里，在80-100°C温度下，搅拌I. 5小时，获得均匀碳化硅混合颗粒，放入压力机的模具里，在50-200MP的压力下，控制并计算预制坯体积，满足自由浸渗铝液后，铝基体的体积分数为50%，压制出所需形状的预制坯，并在80-120°C的干燥室内烘干保存。将压制后的碳化硅颗粒预制坯放在大气气氛炉里，以3. 20C /min的加热速率，随炉加热到320°C，保温I. 8小时，立刻再以3. 50C /min的加热速率加热到830°C，保温2小时，为了获得SiC颗粒表面的充分氧化，接着继续以4. (TC /min的速率升温到1050°C，保温I. 8小时，进行预氧化，最后将经处理过的碳化硅预制坯放入熔融铝液里，铝基体取ZL101，在1080°C的大气气氛炉里，进行自由浸渗，并保温3. 0小时，获得结构致密、组织均匀的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。实施例2 :制备SiC颗粒体积分数为60%的碳化硅颗粒增强铝基复合材料
分别采用粒径为70#、150#、的碳化硅粉，按体积比1:2混合，根据碳化硅的体积，按碳化硅粘结剂造孔剂体积比7 2 :3，加入的粘结剂为石蜡，造孔剂为硬脂酸，放入搅拌机里，在80-100°C温度下，搅拌2. 0小时，获得均匀碳化硅混合颗粒，放入压力机的模具里，在50-200MP的压力下，控制并计算预制坯体积，满足自由浸渗铝液后，铝基体的体积分数为40%，压制出所需形状的预制坯，并在80-120°C的干燥室内烘干保存。将压制后的碳化硅颗粒预制坯放在大气气氛炉里，以3. 1°C /min的加热速率，随炉加热到350°C，保温I. 5小时，立刻再以3. 80C /min的加热速率加热到835°C，保温2. 2小时，为了获得SiC颗粒表面的充分氧化，接着继续以4. 5°C /min的速率升温到1060°C，保温2. 0小时，进行预氧化，最后将经处理过的碳化硅预制坯放入熔融铝液里，铝基体为2024，在1060°C的大气气氛炉里，进行自由浸渗，并保温3. 5小时，获得结构致密、组织均匀的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。实施例3 :制备SiC颗粒体积分数为45%的碳化硅颗粒增强铝基复合材料
分别采用粒径为100#、150#的碳化硅粉，按体积比2:1混合，根据碳化硅的体积，按碳化硅粘结剂造孔剂体积比9 4 :2，加入的粘结剂为硅溶胶，造孔剂为石墨，放入搅拌机里，在80-100°C温度下，搅拌I. 2小时，获得均匀碳化硅混合颗粒，放入压力机的模具里，在50-200MP的压力下，控制并计算预制坯体积，满足自由浸渗铝液后，铝基体的体积分数为55%，压制出所需形状的预制坯，并在80-120°C的干燥室内烘干保存。将压制后的碳化硅颗粒预制坯放在大气气氛炉里，以3. 50C /min的加热速率，随炉加热到400°C，保温2. 0小时，立刻再以4. 50C /min的加热速率加热到830°C，保温I. 8小时，为了获得SiC颗粒表面的充分氧化，接着继续以5°C /min的速率升温到1050°C，保温2. 0小时，进行预氧化，最后将经处理过的碳化硅预制坯放入熔融铝液里，铝基体为1060，在1080°C的大气气氛炉里，进行自由浸渗，并保温2. 6小时，获得结构致密、组织均匀的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。制备SiC颗粒体积分数为66%的碳化硅颗粒增强铝基复合材料
分别采用粒径为70#、100#、150#的碳化硅粉，按体积比1:1:1混合，根据碳化硅的体积，按碳化硅粘结剂造孔剂体积比9 4 :5，加入的粘结剂为石蜡，造孔剂为淀粉，放入搅拌机里，在80-100°C温度下，搅拌3小时，获得均匀碳化硅混合颗粒，放入压力机的模具里，在50-200MP的压力下，控制并计算预制坯体积，满足自由浸渗铝液后，铝基体的体积分数为34%，压制出所需形状的预制坯，并在80-120°C的干燥室内烘干保存。将压制后的碳化硅颗粒预制坯放在大气气氛炉里，以3. (TC /min的加热速率，随炉加热到300°C，保温2. 4小时，立刻再以3. 50C /min的加热速率加热到860°C，保温2. 5小时，为了获得SiC颗粒表面的充分氧化，接着继续以4. 5°C /min的速率升温到1050°C，保温2. 4小时，进行预氧化，最后将经处理过的碳化硅预制坯放入熔融铝液里，铝基体为ZL101，在1090°C的大气气氛炉里，进行自由浸渗，并保温3. 6小时，获得结构致密、组织均匀的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
权利要求
1.一种制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征是，所述方法包括 (a)采用不同粒径的碳化硅颗粒，按照1:1-2:1的体积比，获得不同的粒径及体积比的混合碳化硅颗粒，放入搅拌机里搅拌1-3. 5小时，以期获得均匀的混合颗粒； (b)将粘结剂和造孔剂加入到不同粒径的碳化硅颗粒混合物中，搅拌均匀； (c)将含有粘结剂和造孔剂的碳化硅颗粒放入压机上压制出所需形状的预制坯，在80-120°C的干燥室内烘干保存； Cd)将SiCp混合物预制坯进行预烧结，获得具有孔隙率为45-60%的SiCp坯件； Ce)将预烧后的SiCp坯件除杂，并在1000-1100°C下保温1-2. 5小时预氧化； Cf)将铝基体材料和SiCp坯件放在一起，采用自由浸渗法，保温2-4小时，制备出碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
2.如权利要求I所述一种制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于所配置的不同粒径的SiCp颗粒可以是两种不同粒径的，按照的1:1-2:1配比关系混合，也可以是三种不同粒径的混合，按照I :1 1配比关系混合。
3.如权利要求I所述一种制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于所述的SiCp粒径在70# -180#之间。
4.如权利要求I所述一种制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于所述的铝基体材料为1063、2024、、ZL301、ZLlOl其中的一种。
5.如权利要求I所述一种制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于所述的粘结剂为硬脂酸钠、石蜡、硅溶胶其中的一种。
6.如权利要求I所述一种制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于所述的造孔剂为淀粉、硬脂酸、石墨。
7.如权利要求I所述一种制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于所述预氧化温度为1000-1100°C。
全文摘要
一种制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料的方法，所述方法包括(a)采用不同粒径的碳化硅颗粒(SiCp)，按照1:1-2:1的体积比，获得混合碳化硅颗粒，放入搅拌机里搅拌1-3.5小时；(b)将粘结剂和造孔剂加入到不同粒径的碳化硅颗粒混合物中，搅拌均匀；(c)将碳化硅颗粒放入压机上压制出预制坯，在80-120℃烘干保存；(d)将SiCp混合物预制坯进行预烧结，得SiCp坯件；(e)将SiCp坯件除杂，并放在1000-1100℃下保温1-2.5小时预氧化；(f)将铝合金修改为铝基体材料和SiCp坯件放在一起，采用自由浸渗法，保温2-4小时，制备出碳化硅颗粒增强铝基复合材料。本发明制备工艺简单、成本低，易于实现。
文档编号C22C29/06GK102628137SQ20121012024
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者俞应炜, 华小珍, 周贤良, 张建云, 李多生, 邹爱华 申请人:南昌航空大学