本发明涉及一种al/sic金属陶瓷复合材料的制备方法，属于金属陶瓷复合材料领域。
背景技术：
随着社会的发展，材料在各行各业中发挥的作用也越来越大，越来越需要先进的材料来获得所需的性质。尤其碳化硅复合材料被广泛应用在航空航天、信息发展、国家防护等高新技术方面。随着科技在不断的深化发展，材料受到的要求也越来越高，单质材料已经远远不能应对科技的需求。sic颗粒增强al基复合材料由于具有比强度高，比刚度高，膨胀系数低，耐磨性优等优点而成为广大研究者的研究热点。
目前al/sic金属陶瓷复合材料的制备主要是以铝为基体，添加少量的碳化硅粉对其改性。其制备方法也主要集中在粉末冶金法、喷射沉积法、搅拌铸造法和挤压铸造法等传统的方法。对于铝/碳化硅的制作工艺很多，但是目前的制作工艺很难应用于工业化生产。将sic加入铝基溶液后，会很大程度上提高原基体溶液的粘稠度，从而会降低铝基溶液的流动性。而且如果sic颗粒含量过高时，或者温度较低时，会更大程度上降低流动性，影响正常的浇注。由于具有很大表面能的sic在混合时，很容易吸附气泡进入铝基溶液中，从而产生气孔缺陷。因此al/sic复合材料的制作工艺还需要进一步的研究与完善，而且目前的al/sic金属陶瓷体系也限制了其更为广泛的应用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种采用等离子烧结制备技术来制备al/sic金属陶瓷复合材料。本发明在现有的al/sic金属陶瓷复合材料的体系、制备方法上进行改进。制备的复合材料具有更高的使用温度，而且铝/碳化硅有更好的耐磨性能、断裂韧性、耐腐蚀性能。
本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为：
本发明提供了一种al/sic金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备al和sic的混合粉体：分别称取铝粉和碳化硅粉，按照料球比为1:10的比例放置于研磨体中，将混合粉体置于无水乙醇为分散介质的球磨罐中，采用行星式球磨机对混合物料进行球磨，球磨后物料在真空干燥箱内进行干燥，干燥后物料研磨后使粉料全部过100目筛备用；
（2）al/sic金属陶瓷复合材料的制备：将粉磨好的物料置于放电等离子烧结所用的石墨模具中按进行烧结。
本发明所使用的铝粉的纯度为99.9％，平均粒度为1μm；碳化硅粉纯度为99.9％，平均的粒度为3μm。
进一步的，所述混合粉体和无水乙醇的质量比为1：20。
进一步的，所述铝粉在混合粉体中的体积百分比为0-20%。
进一步的，所述球磨的转速为150r/min，球磨时间为120min。
进一步的，所述真空干燥箱的温度为80℃，干燥时间为24h。
本发明制备过程中，放电等离子烧结为在真空条件下进行，以升温速率为200℃/min、温度为1800-2000℃、压力20-50mpa下保温5-15min；所述放电等离子烧结最优化的条件为：在温度为1800℃、压力为50mpa下保温5min。
本发明提供的方法中，原料中各个组分含量的控制会极大影响复合材料的相组成和微观结构，进而对复合材料的各项性能产生较大影响。采用本发明的原料配比及等离子烧结制备方法所制备的复合材料结构致密；等离子烧结制备技术中烧结温度的控制、压力的控制、烧结时间、升温速度的改变，对烧结过程具有显著影响，进而影响产品的最终性能。本发明所采用的烧结工艺制备条件能够得到结构致密、力学性能优异的al/sic金属陶瓷复合材料。本发明制备的al/sic金属陶瓷复合材料中10vol%al/sic的复合材料具有最佳的性能，其密度、气孔率和强度分别为3.0495g/cm3、0.91%和310mpa。
本发明的有益效果为：
（1）本发明以sic为基体，添加不同体积分数的al粉作为新的al/sic金属陶瓷复合材料体系，突破了传统al/sic金属陶瓷复合材料体系。
（2）本发明利用放电等离子烧结技术，在高温高压下制备al/sic金属陶瓷复合材料，打破了al/sic金属陶瓷复合材料传统制备方法；制备的al/sic金属陶瓷复合材料体系相对于铝基金属来说，它有更高的使用温度，而且铝/碳化硅有更好的耐磨性能、断裂韧性、耐腐蚀性能，拓宽了铝/碳化硅的应用范围。
（3）本发明制备的al/sic金属陶瓷复合材料的物相组成除了sic之外还有al4c3和al4sic4的金属间化合物出现，提高了材料的致密度。
附图说明
图1为实施例中al/sic金属陶瓷复合材料的xrd图谱；
图2为实施例中al/sic金属陶瓷复合材料的断面低倍sem图；
图3为实施例中al/sic金属陶瓷复合材料的断面高倍sem图。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的解释和说明。
实施例1
按照比例分别称取铝粉（纯度为99.9％，平均粒度为1μm）和碳化硅粉（纯度为99.9％，平均的粒度为3μm），按照料球比为1:10的比例放置于研磨体中，将料球置于无水乙醇为分散介质的球磨罐中，混合粉体和无水乙醇的质量比为1：20，铝粉在混合粉体中的体积百分比为10%，采用行星式球磨机对混合物料进行球磨，转速为150r/min，球磨时间120min。粉磨后物料在真空干燥箱内进行干燥24h，干燥温度为80℃。干燥后物料在刚玉研钵中研磨后使粉料全部过100目筛备用；将粉磨好的物料取适量置于放电等离子烧结所用的石墨模具中按照实验所设计的温度制度、压力制度和保温时间进行烧结。升温速度为200℃/分钟。烧结工艺为真空热压1800℃、50mpa保温5min；其密度、气孔率和强度分别为3.0495g/cm3、0.91%和310mpa。图1中为制得的al/sic金属陶瓷复合材料的样品xrd图谱（其中，a-e分别代表al的体积百分比为0%、5%、10%、15%、20%），其物相组成主要为sic，还有al4c3和al4sic4的金属间化合物出现；图2（铝含量为0%）和图3（铝含量10vol.%）为样品断面的sem图片，当不添加铝是，样品呈现多孔形貌，当添加10vol.%铝时，由于金属间化合物的形成，填充了颗粒之间的空隙之中，提高了材料的致密度，改善了材料的性能。
实施例2
按照比例分别称取铝粉（纯度为99.9％，平均粒度为1μm）和碳化硅粉（纯度为99.9％，平均的粒度为3μm），按照料球比为1:10的比例放置于研磨体中，将料球置于无水乙醇为分散介质的球磨罐中，混合粉体和无水乙醇的质量比为1：20，铝粉在混合粉体中的体积百分比为20%，采用行星式球磨机对混合物料进行球磨，转速为150r/min，球磨时间120min。粉磨后物料在真空干燥箱内进行干燥24h，干燥温度为80℃。干燥后物料在刚玉研钵中研磨后使粉料全部过100目筛备用；将粉磨好的物料取适量置于放电等离子烧结所用的石墨模具中按照实验所设计的温度制度、压力制度和保温时间进行烧结。升温速度为200℃/分钟。烧结工艺为真空热压2000℃、50mpa保温15min；其密度、气孔率和强度分别为3.0120g/cm3、0.94%和302mpa。
实施例3
按照比例分别称取铝粉（纯度为99.9％，平均粒度为1μm）和碳化硅粉（纯度为99.9％，平均的粒度为3μm），按照料球比为1:10的比例放置于研磨体中，将料球置于无水乙醇为分散介质的球磨罐中，混合粉体和无水乙醇的质量比为1：20，铝粉在混合粉体中的体积百分比为5%，采用行星式球磨机对混合物料进行球磨，转速为150r/min，球磨时间120min。粉磨后物料在真空干燥箱内进行干燥24h，干燥温度为80℃。干燥后物料在刚玉研钵中研磨后使粉料全部过100目筛备用；将粉磨好的物料取适量置于放电等离子烧结所用的石墨模具中按照实验所设计的温度制度、压力制度和保温时间进行烧结。升温速度为200℃/分钟。烧结工艺为真空热压1800℃、20mpa保温15min；其密度、气孔率和强度分别为3.0150g/cm3、0.96%和303mpa。