本发明涉及金属基复合材料及其制备技术领域，具体是碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料及其熔铸成型制备方法。
背景技术：
工业纯铝具有良好的导电导热性能，但是强度、硬度较低，严重限制了其使用范围。而通过一定的工艺，往纯铝中添加高熔点、耐磨和耐腐蚀的第二相颗粒(例如铝、镁、锌、锰、硅等元素)制备出的复合材料，不仅保持了铝本身优良的强度、硬度等性能，同时也显著的降低了铝合金的导电导热性能。
在纯铝或铝合金中添加第二相颗粒，通过弥散强化的方式，获得铝基复合材料，所谓第二相颗粒增强铝基复合材料就是将所需的第二相颗粒弥散均匀地分布在铝基体中，使得铝基复合材料的综合性能得到改善。而且第二相颗粒只占铝基体极小的体积分数，因而不影响铝基体固有的物理化学性质，故材料的导电性、导热性没有明显地降低。第二相颗粒增强铝基复合材料的力学性能和导电导热性能主要取决于铝基体和第二相颗粒的性能，以及第二相颗粒与基体之间的界面关系。由于第二相颗粒增强铝基复合材料的制造成本相对低廉，各向同性，综合性能优良等，成为目前铝基复合材料的研究热点。现在第二相颗粒增强铝合金复合氧化物、碳化物、硼化物和氮化物等工业化系列产品已经广泛用于航空、航天、电子和电力等领域。
气凝胶是一种低密度、高孔隙率的材料，其热导率最低可以达到0.012w/(m·k)，是目前公认的热导率最低的固态材料。气凝胶的种类繁多，目前研究及应用的碳化硅气凝胶，是目前世界上最轻的固体之一，它是一种结构可控由胶体粒子或高聚物分子相互交联构成的具有空间网络结构的轻质纳米多孔性非晶固态材料，碳化硅气凝胶中的碳化硅纳米线不仅具有块体材料的耐高温，抗氧化，耐腐蚀，高强度，高模量，高硬度等优异性能，而且因其特殊形貌而具有了超强的力学性能，优异的场发射性能，特殊的光致发光性能，光致催化性能等，在保温隔热、光导、介电、催化等领域具有广阔的应用前景。鉴于碳化硅气凝胶的以上特性，将微米级颗粒状的碳化硅气凝胶做为增强相添加进铝基体中，可得到性能特异的复合材料。目前，有关碳化硅气凝胶增强铝基复合材料的制备工艺尚未见报道。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料及其熔铸成型制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料，包括铝基体和增强相两部分，铝基体为纯铝粉，增强相为气凝胶,气凝胶为碳化硅(sic)；碳化硅(sic)气凝胶对高粘度有机溶剂表现很高的吸附能力和吸附选择性；碳化硅气凝胶采用的为碳化硅纳米线，碳化硅(sic)纳米线作为一种一维(1d)纳米材料，具有良好的弹性、耐高温性和化学稳定性。
碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料的质量百分比组成为：碳化硅气凝胶：0～50％，余量为铝。
碳化硅气凝胶在铝基体中的主要作用是起到第二相弥散强化的作用，第二相颗粒对自由电子的散射作用比固溶原子引起的晶格畸变产生的散射作用要弱很多，这使得铝基复合材料在保持良好的导电导热性能的同时拥有良好的力学性能。
基于上述所述的碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料的熔铸成型制备方法，包括以下步骤：
(1)中间合金的制备
配料：按照质量比称取纯铝粉和微米级碳化硅气凝胶(粒度范围为1～30μm)，其中气凝胶在中间合金中的含量为1～15wt.％；
混料：用双锥高效混料机将配好的纯铝粉和气凝胶混合均匀，混粉时间为15～45min；
冷压成型：在钢模中将混合粉压制成中间合金块；
(2)复合材料的制备
熔炼：将中间合金块加入到真空感应炉中熔融的铝液内，熔炼温度范围为1150～1350℃，待中间合金块熔化完毕后在钢制铸型模中浇注成型。
作为本发明的进一步方案：纯铝粉的平均粒度≤150μm，纯铝粉中的杂质含量≤0.1wt.％。
作为本发明的进一步方案：微米级碳化硅气凝胶平均粒度为1～30μm。
作为本发明的进一步方案：本发明的碳化硅增强铝基复合材料经过轧制或挤压成型后的抗拉强度为400～620mpa，屈服强度为270～500mpa，伸长率为6～35％，硬度为55～160hv，密度为8.80～8.90g/cm3，导电率为40～57％iacs，导热系数120～250w/mk。本发明所制备的铝基复合材料与纯铝相比，其抗拉强度和屈服强度均有所提高，而密度和导电率均显著降低。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过往纯铝中添加微米级碳化硅气凝胶提高铝-碳化硅气凝胶复合材料的力学性能，不仅保持了铝本身优良的强度、硬度等性能，同时也显著的降低了铝合金的导电导热性能。
(2)本发明通过制备铝-气凝胶中间合金块，解决了在熔炼过程中轻质气凝胶不易添加进铝熔体中的问题。
(3)通过本发明制备的铝基碳化硅气凝胶复合材料具有成本低的优势，能够得到大体积、高增强相含量的复合材料，克服了传统粉末冶金工艺的不足，适合于碳化硅气凝胶增强铝基复合材料的大规模生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
本发明碳化硅气凝胶增强铝基复合材料的制备步骤为：
首先，将一定配比的铝粉和碳化硅气凝胶在双锥高效混料机中混15～45min；然后将混合均匀的粉末放入模具中在液压机下压成块；将铝-碳化硅气凝胶中间合金块放入真空感应炉中铝液内熔炼，熔炼温度为1150～1350℃，待中间合金块融化后在钢制铸型模中浇注成型。
具体步骤如下：
(1)中间合金的制备：配料—混料—冷压成型；(2)复合材料的制备：真空熔炼—浇注成型。
其具体工艺步骤包括：
配料：按照质量比称取纯铝粉和微米级碳化硅气凝胶(粒度范围为1～30μm)，其中气凝胶在中间合金中的含量为1～15wt.％；
混料：用双锥高效混料机将配好的纯铝粉和气凝胶混合均匀，混粉时间为15～45min；
冷压成型：在钢模中将混合粉压制成中间合金块；
熔炼：将中间合金块加入到真空感应炉中熔融的铝液内，熔炼温度范围为1150～1350℃，待中间合金块熔化完毕后在钢制铸型模中浇注成型。
实施例1
碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料，包括铝基体和增强相两部分，铝基体为纯铝，增强相为气凝胶,气凝胶为碳化硅(sic)；
其质量百分比组成为：碳化硅气凝胶：50％，余量为铝。
碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料的生产工艺流程方法为：
(1)al-sic气凝胶中间合金制备：配料—混料—冷压成型；(2)复合材料的制备：感应炉熔炼—浇注成型。
具体的过程为：按照表1成分配料。
首先，配制al-10wt.％sic气凝胶中间合金，将纯铝粉和碳化硅气凝胶在双锥高效混料机中混合45min，然后将混合粉在液压机下用15mpa的压力压制成块。最后，将按目标成分配制好的铝液和al-10wt.％sic中间合金放置进真空中频感应炉中，在1200℃下熔炼。待纯铝熔化完毕后，温度降低至1150℃后浇注。所制备的成品性能如表2所示。
实施例2
碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料，包括铝基体和增强相两部分，铝基体为纯铝粉，增强相为气凝胶,气凝胶为碳化硅(sic)；
其质量百分比组成为：碳化硅气凝胶：45％，余量为铝。
碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料生产工艺流程方法为：(1)al-sic气凝胶中间合金制备：配料—混料—冷压成型；(2)复合材料的制备：真空熔炼—浇注成型。
具体的过程为：按照表1成分配料。
首先，配制al-15wt.％sic气凝胶中间合金，将纯铝粉和碳化硅气凝胶在双锥高效混料机中混合45min，然后将混合粉在液压机下用15mpa的压力压制成块。最后，将按目标成分配制好的阴极铝和al-15wt.％sic中间合金放置进感应炉中，在1300℃下熔炼。待纯铝熔化完毕后，温度降低至1200℃后浇注。所制备的成品性能如表2所示。
实施例3
碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料，包括铝基体和增强相两部分，铝基体为纯铝粉，增强相为气凝胶,气凝胶为碳化硅(sic)；
其质量百分比组成为：碳化硅气凝胶：35％，余量为铝。
碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料生产工艺流程方法为：(1)al-sic气凝胶中间合金制备：配料—混料—冷压成型；(2)复合材料的制备：真空熔炼—浇注成型。
具体的过程为：按照表1成分配料。
首先，配制al-5wt.％sic气凝胶中间合金，将纯铝粉和碳化硅气凝胶在双锥高效混料机中混合45min，然后将混合粉在液压机下用15mpa的压力压制成块。最后，将按目标成分配制好的阴极铝和al-5wt.％sic中间合金放置进真空中频感应炉中，在1350℃下熔炼。待纯铝熔化完毕后，温度降低至1150℃后浇注。所制备的成品性能如表2所示。
实施例4
碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料，包括铝基体和增强相两部分，铝基体为纯铝粉，增强相为气凝胶,气凝胶为碳化硅(sic)；
其质量百分比组成为：碳化硅气凝胶：25％，余量为铝。
碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料生产工艺流程方法为：(1)al-sic气凝胶中间合金制备：配料—混料—冷压成型；(2)复合材料的制备：真空熔炼—浇注成型。
具体的过程为：按照表1成分配料。
首先，配制al-5wt.％sic气凝胶中间合金，将纯铝粉和碳化硅气凝胶在双锥高效混料机中混合45min，然后将混合粉在液压机下用15mpa的压力压制成块。最后，将按目标成分配制好的阴极铝和al-5wt.％sic中间合金放置进真空中频感应炉中，在1300℃下熔炼。待纯铝熔化完毕后，温度降低至1200℃后浇注。所制备的成品性能如表2所示。
实施例5
碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料，包括铝基体和增强相两部分，铝基体为纯铝粉，增强相为气凝胶,气凝胶为碳化硅(sic)；
其质量百分比组成为：碳化硅气凝胶：15％，余量为铝。
碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料生产工艺流程方法为：(1)al-sic气凝胶中间合金制备：配料—混料—冷压成型；(2)复合材料的制备：真空熔炼—浇注成型。
具体的过程为：按照表1成分配料。
首先，配制al-10wt.％sic气凝胶中间合金，将纯铝粉和碳化硅气凝胶在双锥高效混料机中混合15min，然后将混合粉在液压机下用15mpa的压力压制成块。最后，将按目标成分配制好的阴极铝和al-10wt.％sic中间合金放置进真空中频感应炉中，在1350℃下熔炼。待纯铝熔化完毕后，温度降低至1150℃后浇注。所制备的成品性能如表2所示。
实施例6
碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料，包括铝基体和增强相两部分，铝基体为纯铝粉，增强相为气凝胶,气凝胶为碳化硅(sic)；
其质量百分比组成为：碳化硅气凝胶：5％，余量为铝。
碳化硅气凝胶增强型铝基复合材料生产工艺流程方法为：(1)al-sic气凝胶中间合金制备：配料—混料—冷压成型；(2)复合材料的制备：真空熔炼—浇注成型。
具体的过程为：按照表1成分配料。
首先，配制al-5wt.％sic气凝胶中间合金，将纯铝粉和碳化硅气凝胶在双锥高效混料机中混合15min，然后将混合粉在液压机下用15mpa的压力压制成块。最后，将按目标成分配制好的阴极铝和al-5t.％sic中间合金放置进真空中频感应炉中，在1350℃下熔炼。待纯铝熔化完毕后，温度降低至1150℃后浇注。所制备的成品性能如表2所示。
表1一种气凝胶增强铝基复合材料的成分组成(wt.％)
表2实施例1-6和中间合金块铸锭的性能
本发明通过往纯铝中添加微米级碳化硅气凝胶，最终提高了复合材料的综合力学性能，最终可获得碳化硅气凝胶增强铝基复合材料。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。