一种铝基复合材料用碳化硅颗粒的预处理方法
【专利摘要】一种铝基复合材料用碳化硅颗粒的预处理方法，该方法是先将碳化硅颗粒与SiO2溶胶搅拌混合，使碳化硅颗粒表面覆盖一层均匀的SiO2溶胶；然后对碳化硅颗粒进行烘烤，去除SiO2溶胶的水分，使碳化硅颗粒表面覆盖一层均匀的SiO2薄膜，即得到预处理好的碳化硅颗粒。采用本发明对碳化硅颗粒进行预处理，可显著改善碳化硅颗粒与铝液之间的润湿性，通过搅拌方法很容易将碳化硅颗粒加入到铝液中形成碳化硅颗粒增强铝基复合材料，同时还能抑制碳化硅颗粒与铝液之间发生反应生成Al4C3脆性物，获得高性能的碳化硅颗粒增强铝基复合材料，且本发明还具有工艺简单、成本低、适合于大规模工业化生产的优点。
【专利说明】一种铝基复合材料用碳化硅颗粒的预处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于铝基复合材料制备【技术领域】，特别是涉及一种铝基复合材料用碳化硅颗粒的预处理方法。
【背景技术】
[0002]碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有强度高、耐磨性能好、热膨胀系数低、导热性能好等优点，广泛应用于电子电器、汽车、航空航天等领域。
[0003]搅拌法是制备碳化硅颗粒增强铝基复合材料的重要方法之一。但是碳化硅颗粒与铝液之间的润湿性较差，碳化硅颗粒容易发生团聚，导致搅拌法很难将碳化硅颗粒加入到铝液中形成碳化硅颗粒均匀分布的铝基复合材料。另外，碳化硅颗粒与铝液之间容易发生反应生成Al4C3脆性物，降低碳化硅颗粒增强铝基复合材料的性能。
[0004]对碳化硅颗粒进行预处理是解决碳化硅颗粒与铝液之间润湿性差的重要途径。目前已公开报道的碳化硅颗粒预处理方法有:高温氧化、表面镀层、酸洗、碱洗、超声清洗等。高温氧化是将碳化硅颗粒加热到1000°c以上并进行长时间保温，使碳化硅颗粒表面发生氧化生成S12氧化物，达到改善润湿性的目的。但该方法由于加热温度高，保温时间长，因此能源消耗较大，生产成本较高。另外，高温氧化的碳化硅颗粒表面的S12氧化层往往不均匀，导致碳化硅颗粒在铝液中仍容易发生团聚，难以获得碳化硅颗粒均匀分布的铝基复合材料。表面镀层是通过物理或化学方法在碳化硅颗粒表面镀上Ni或Cu等金属层，达到改善碳化硅颗粒与铝液之间的润湿性，但该方法的生产成本较高，很难获得大规模的工业化应用。酸洗、碱洗、超声清洗等方法只能去除碳化硅颗粒表面吸附的杂质、有机物和水分等，获得较为纯净的碳化硅颗粒，但无法解决碳化硅颗粒与铝液之间的润湿性问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有碳化硅颗粒预处理方法中存在问题和不足，提供一种能显著改善碳化硅颗粒与铝液之间的润湿性、且工艺简单、成本低、适合于大规模工业化生产的铝基复合材料用碳化硅颗粒的预处理方法。
[0006]本发明的技术方案是这样实现的:
本发明所述的铝基复合材料用碳化硅颗粒的预处理方法，其特点是:先将碳化硅颗粒与S12溶胶搅拌混合，使碳化硅颗粒表面覆盖一层均匀的S12溶胶；然后对碳化硅颗粒进行烘烤，去除S12溶胶的水分，使碳化硅颗粒表面覆盖一层均匀的S12薄膜，即得到预处理好的碳化硅颗粒。
[0007]其中，上述S12溶胶是采用正硅酸乙酯(Si (OC2H5)4X盐酸和水混合配制而成，其组分按体积百分比为:40~80%的正硅酸乙酯、I~5%的盐酸、余量为水。
[0008]上述将碳化硅颗粒与S12溶胶搅拌混合，碳化硅颗粒与S12溶胶的质量比为1:(0.2 ~0.5)。
[0009]上述搅拌的方式可以是人工搅拌，也可以是机械搅拌，搅拌时间为10~60分钟。
[0010]上述烘烤温度为100~500°C，烘烤时间为2~1h。
[0011]本发明与现有技术相比，具有如下优点:采用本发明预处理后的碳化硅颗粒的表面覆盖有一层均匀的S12薄膜，可显著改善碳化硅颗粒与铝液之间的润湿性，通过搅拌法很容易将碳化硅颗粒加入到铝液中形成碳化硅颗粒增强铝基复合材料。同时还可抑制碳化硅颗粒与铝液之间发生反应生成Al4C3脆性物，确保获得高性能的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。此外，本发明所采用的正硅酸乙酯和盐酸都是工业产品，在市场上可以购买到，且价格低廉，因此本发明还具有工艺简单、成本低、适合于大规模工业化生产的优点。
[0012]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明实施例一中预处理后碳化硅颗粒的扫描电镜图。
[0014]图2为本发明实施例一中预处理后碳化硅颗粒的X射线衍射谱图。
[0015]图3为本发明实施例一中碳化硅颗粒增强铝基复合材料的显微组织图。
【具体实施方式】
[0016]实施例一:
分别量取10ml的正硅酸乙酯(Si(0C2H5)4)、5ml的盐酸和10ml的水，将正硅酸乙酯、盐酸和水进行混合，配制成S12溶胶；然后称取500g平均直径为30 μ m碳化硅颗粒，将碳化硅颗粒与S12溶胶混合，人工搅拌30分钟，使碳化硅颗粒表面覆盖一层均匀的S12溶胶；最后将碳化硅颗粒在烘烤箱内进行烘烤，烘烤温度为200°C，烘烤时间为8小时，去除S12溶胶的水分，即得到预处理好的碳化硅颗粒。预处理后碳化硅颗粒的扫描电镜图如图1所示，碳化硅颗粒的X射线衍射谱图如图2所示，由图1和图2可知，预处理后碳化硅颗粒表面含有一层S12薄膜。
[0017]在电阻坩埚炉于760°C熔化4500克纯铝，对铝液进行精炼除气和除渣后，采用机械搅拌器对铝液进行搅拌，同时加入预处理好的碳化硅颗粒，搅拌速度为400转/分钟，搅拌时间为30分钟。搅拌结束后将铝液浇注到金属模内，得到质量分数为10%、平均直径为30 μ m的碳化硅颗粒增强纯铝基复合材料。碳化硅颗粒增强纯铝基复合材料的显微组织如图3所示。
[0018]实施例二:
分别量取200ml的正硅酸乙酯(Si(OC2H5)4)UOml的盐酸和10ml的水，将正硅酸乙酯、盐酸和水进行混合，配制成S12溶胶；然后称取100g平均直径为20 μ m碳化硅颗粒，将碳化硅颗粒与S12溶胶混合，机械搅拌30分钟，使碳化硅颗粒表面覆盖一层均匀的S12溶胶；最后将碳化硅颗粒在烘烤箱内进行烘烤，烘烤温度为300°C，烘烤时间为5小时，去除S12溶胶的水分，即得到预处理好的碳化硅颗粒。
[0019]在电阻坩埚炉于720°C熔化4000克A356铝合金，对A356铝合金熔体进行精炼除气和除渣后，采用机械搅拌器对A356铝合金液进行搅拌，同时加入预处理好的碳化硅颗粒，搅拌速度为400转/分钟，搅拌时间为30分钟。搅拌结束后将A356铝合金液浇注到金属模内，得到质量分数为20%、平均直径为20 μ m的碳化硅颗粒增强A356铝基复合材料。
[0020]实施例三:分别量取150ml的正硅酸乙酯(Si (OC2H5)4)、8ml的盐酸和50ml的水，将正硅酸乙酯、盐酸和水进行混合，配制成S12溶胶；然后称取800g平均直径为20 μ m碳化硅颗粒，将碳化硅颗粒与S12溶胶混合，机械搅拌30分钟，使碳化硅颗粒表面覆盖一层均匀的S12溶胶；最后将碳化硅颗粒在烘烤箱内进行烘烤，烘烤温度为400°C，烘烤时间为3小时，去除S12溶胶的水分，即得到预处理好的碳化硅颗粒。
[0021]在电阻坩埚炉于750°C熔化7200克6061铝合金，对6061铝合金熔体进行精炼除气和除渣后，采用机械搅拌器对6061铝合金液进行搅拌，同时加入预处理好的碳化硅颗粒，搅拌速度为400转/分钟，搅拌时间为30分钟。搅拌结束后将6061铝合金液浇注到金属模内，得到质量分数为10%、平均直径为20 μ m的碳化硅颗粒增强6061铝基复合材料。
[0022]本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
【权利要求】
1.一种铝基复合材料用碳化硅颗粒的预处理方法，其特征在于:先将碳化硅颗粒与S12溶胶搅拌混合，使碳化硅颗粒表面覆盖一层均匀的S12溶胶；然后对碳化硅颗粒进行烘烤，去除S12溶胶的水分，使碳化硅颗粒表面覆盖一层均匀的S12薄膜，即得到预处理好的碳化娃颗粒。
2.根据权利要求1所述的铝基复合材料用碳化硅颗粒的预处理方法，其特征在于:上述S12溶胶是采用正硅酸乙酯(Si (OC2H5)4X盐酸和水混合配制而成，其组分按体积百分比为:40~80%的正硅酸乙酯、I~5%的盐酸、余量为水。
3.根据权利要求1所述的铝基复合材料用碳化硅颗粒的预处理方法，其特征在于:上述将碳化硅颗粒与S12溶胶搅拌混合，碳化硅颗粒与S12溶胶的质量比为1: (0.2~0.5)。
4.根据权利要求1所述的铝基复合材料用碳化硅颗粒的预处理方法，其特征在于:上述搅拌的方式可以是人工搅拌，也可以是机械搅拌，搅拌时间为10~60分钟。
5.根据权利要求1所述的铝基复合材料用碳化硅颗粒的预处理方法，其特征在于:上述烘烤温度为10 ~500°C，烘烤时间为2~1h。
【文档编号】C22C1/10GK104073675SQ201410308106
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】王顺成, 郑开宏, 王辉, 王娟, 王海艳 申请人:广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院)