一种高强度、高模量、高塑性陶瓷颗粒铝基复合材料的制备方法与流程

本发明涉及冶金材料，具体涉及一种高强度、高模量、高塑性陶瓷颗粒铝基复合材料的制备方法。

背景技术：

在航天航空产业中，对于材料的力学性能关注更为重要，这也要求材料需要更高的强度，更大的弹性模量，更好的塑性，更大的伸展率，尤其是在异形结构件以及大体积的产品上。

传统的铝材和铜材已经无法满足现有的航天航空技术要求以及复杂的星际环境，因此复合材料被广泛应用。目前市场上的铝碳化硅材料制作工艺只能做一些简单的板状，主要利用该材料的导热性能，对于力学性能没有过多研究。

纯铝材、纯铜材无法满足现有的航天技术要求以及复杂的星级环境，急需复合材料来替代，尤其是更高强度、更大弹性模量、更好塑性、更大伸展率的复合材料。

目前的铝碳化硅材料主要使用导热性能，由于其材料的制作方法以及材料的难加工型，致使该材料只能做简单的板状材料，无法满足航天航空要求。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述缺陷，提供一种高强度、高模量、高塑性陶瓷颗粒铝基复合材料的制备方法。

本发明的技术方案：一种高强度、高模量、高塑性陶瓷颗粒铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

s1配料：依照体积分数、级配理论将不同粒径的碳化硅颗粒混合均匀，然后填入模具中，粒径为200目的和粒径为800目的碳化硅颗粒配比为3：1；

s2加热模具：将模具放入加热炉中，按照15-20℃/min的速率均匀加热模具，升至温度620℃；

s3熔铝：将铝合金放入熔铝炉内进行融化铸造，并抽真空搅拌；

s4注铝：将加热好的模具移到热压机平台，并将熔铝炉内的铝溶液注入模具；

s5热压：将热压机调至1mpa开始下压，并以2mpa/min匀速上下左右前后施加压力，达到10-40mpa时保压5min，之后自然泄压待温度冷却至室温后进行脱模；

s6锻造：将脱模的铸件进行锻造得到高强度、高模量、高塑性的陶瓷颗粒铝基复合材料。

进一步的，步骤s1中，粉料填入模具后，将模具置于震动平台上震动均匀。

进一步的，步骤s1中，其模具根据产品的外形尺寸设计成上下左右前后模，可以成型复杂结构的产品，具有更高的可塑性。

进一步的，步骤s4中，其热压机为上下两面施压，其余四个方向施压通过模具设计实现。

进一步的，在步骤s1中，粒径为200目的和粒径为800目的碳化硅颗粒配比为1-3：1-3。还可以根据不同的产品需求，调节不同的级配比例。

步骤s5中，产品的强度通过高温高压实现。

步骤s6中，产品的高模量通过后期的锻造实现。

该方法制备复合材料的陶瓷体积分数控制在10-50％vol，就可以成型大体积、复杂形状的结构件，提高整体材料的力学性能，尤其是在产品强度和弹性模量方面。而目前的预制件差压铸造制备法生产复杂形状结构件时，体积分数必须在50％以上。

本发明与现有技术相比的有益效果：

1、本发明制备的陶瓷颗粒铝基复合材料，不仅可以满足航天航空的技术要求，而且在成型复杂的结构件和大体积产品上有很大的优势，工序简单，近净成形，易实现批量化生产。

2、该方法制备的陶瓷颗粒铝基复合材料较目前采用的预制件差压铸造法制备的复合材料有更高的强度和弹性模量，且具有更高的可塑性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种修改或改动，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

制备方法：

该方法制备复合材料的陶瓷体积分数控制在10-50％vol，制备方法如下：

s1配料：依照体积分数、级配理论将不同粒径的碳化硅颗粒混合均匀，然后填入模具中，粒径为200目的和粒径为800目的碳化硅颗粒配比为3：1；

s2加热模具：将模具放入加热炉中，按照15℃/min的速率均匀加热模具，升至温度620℃；

s3熔铝：将铝合金放入熔铝炉内进行融化铸造，并抽真空搅拌。

s4注铝：将加热好的模具移到热压机平台，并将熔铝炉内的铝溶液注入模具。

s5热压：将热压机调至1mpa开始下压，并以2mpa/min匀速上下左右前后施加压力，达到10mpa时保压5min，之后自然泄压待温度冷却至室温后进行脱模；

s6锻造：将脱模的铸件进行锻造得到高强度、高模量、高塑性的陶瓷颗粒铝基复合材料。

实施例2

制备方法：

该方法制备复合材料的陶瓷体积分数控制在10-50％vol，制备方法如下：

s1配料：依照体积分数、级配理论将不同粒径的碳化硅颗粒混合均匀，然后填入模具中，粒径为200目的和粒径为800目的碳化硅颗粒配比为3：1；

s2加热模具：将模具放入加热炉中，按20℃/min的速率均匀加热模具，升至温度620℃；

s3熔铝：将铝合金放入熔铝炉内进行融化铸造，并抽真空搅拌。

s4注铝：将加热好的模具移到热压机平台，并将熔铝炉内的铝溶液注入模具。

s5热压：将热压机调至1mpa开始下压，并以2mpa/min匀速上下左右前后施加压力，达到25mpa时保压5min，之后自然泄压待温度冷却至室温后进行脱模；

s6锻造：将脱模的铸件进行锻造得到高强度、高模量、高塑性的陶瓷颗粒铝基复合材料。

实施例3

制备方法：

该方法制备复合材料的陶瓷体积分数控制在10-50％vol，制备方法如下：

s1配料：依照体积分数、级配理论将不同粒径的碳化硅颗粒混合均匀，然后填入模具中，粒径为200目的和粒径为800目的碳化硅颗粒配比为3：1；

s2加热模具：将模具放入加热炉中，按照18℃/min的速率均匀加热模具，升至温度620℃；

s3熔铝：将铝合金放入熔铝炉内进行融化铸造，并抽真空搅拌。

s4注铝：将加热好的模具移到热压机平台，并将熔铝炉内的铝溶液注入模具。

s5热压：将热压机调至1mpa开始下压，并以2mpa/min匀速上下左右前后施加压力，达到40mpa时保压5min，之后自然泄压待温度冷却至室温后进行脱模；

s6锻造：将脱模的铸件进行锻造得到高强度、高模量、高塑性的陶瓷颗粒铝基复合材料。

对实施例1-3制备的陶瓷颗粒铝基复合材料进行强度、弹性模量进行测试测试，并与目前采用的预制件差压铸造法制备的复合材料相比较，结果见下表。

测试方法：

1)抗弯强度采用抗弯仪，使用3点弯曲方法检测。

2)弹性模量使用弹性模量测试仪进行检测。

3)可塑性能在铸造工艺中可以明确传统的预制件差压铸造法只能铸造简单的板材和锭材，且厚度不超过30mm，而该方法可以成行复杂结构的产品，应用价值更为广泛。

由上表可知，采用本发明方法制备的陶瓷颗粒铝基复合材料具有更高的力学强度、弹性模量和更高的可塑性能。