本发明涉及高性能铝基复合材料技术领域，尤其涉及一种风扇包容机匣用无机富勒烯铝基复合材料的制备方法。
背景技术：
民用涡扇发动机风扇转子叶片工作时在发动机内高速旋转，在外物撞击或内部损坏的作用下，风扇叶片如果失效发生断裂飞出，则需要被风扇机匣有效包容，否则风扇碎片很可能击穿机体而危及飞行安全。
国内外航空公司对民用涡扇发动机风扇包容机匣提出了严格的包容性要求，如中国《航空发动机适航规定》(ccar-33)和《航空涡轮发动机包容性要求》(gjb3366-1998)，以及美国《发动机结构完整性大纲》(mil-std-1783b)等。
国内外航空公司和科研机构在积极研发有效的包容材料和结构，提高包容效率，降低发动机质量和油耗。传统民用涡扇发动机风扇包容机匣主要采用足够厚的钛合金、铝合金或结构钢，但是质量较重，耗油高等缺陷。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种风扇包容机匣用无机富勒烯铝基复合材料的制备方法，解决现有涡扇发动机风扇材料质量较重，飞机耗油高的技术问题。为了提高铝基复合材料的耐磨性和抗冲击性能，更好地适应风扇包容机匣用材料的要求。本发明通过添加无机富勒烯对其进行改性，制备具有优异抗冲击性能风扇包容机匣用无机富勒烯铝基复合材料。
一种风扇包容机匣用无机富勒烯铝基复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1：按质量分数称取25％～35％的无机富勒烯纳米材料和65％～75％的含铝材料放入球磨罐中，使用行星式球磨机球磨得到混合粉体；
步骤2：混合粉体倒入石墨模具中，在压力为10mpa的条件下保压15min～20min，预压成型，得到胚体；
步骤3：胚体连同石墨模具一起置于放电等离子烧结炉中，抽真空，将放电等离子烧结炉内的温度由室温升温至550℃～600℃后，施加40mpa压力烧结10min～15min，随炉冷却至室温，脱模得到复合材料。
所述步骤1中，无机富勒烯纳米材料为无机富勒烯纳米颗粒，无机富勒烯颗粒的粒度为0.1μm～20μm。
所述步骤1中，含铝材料为为铝或铝合金；含铝材料的粒度为5μm～70μm。
所述步骤1中，行星式球磨机球磨的时间为2～3h，采用玛瑙磨球，球料比2:1，转速为300r/min。
所述步骤3中，电等离子烧结炉内的温度以50℃/min～80℃/min的升温速率。
所述步骤1中，无机富勒烯纳米材料为无机富勒烯铝基纳米材料，无机富勒烯铝基纳米材料质量占比为32％，含铝材料质量占比为68％。
所述无机富勒烯铝基纳米材料的合成过程为：
将无机富勒烯纳米颗粒if-ws2放入乙醇中并使用超声波探针进行分散，将无机富勒烯纳米颗粒if-ws2与乙醇混合物在80-90℃并带有剧烈搅拌下与al粉末混合直至所有乙醇蒸发，在110-130℃的烘箱中干燥11-13小时得到初步样品，把初步样品与乙醇混合物加热到80℃，加入铝粉颗粒混合，并快速搅拌，直至乙醇完全挥发，制得20wt％-30wt％if-ws2与铝粉的混合固体样品，然后置于120℃的烘箱中烘干12小时，得到无机富勒烯铝基纳米材料。
所述超声波探针进行分散的时间为为0.8-1.2小时，超声频率为80～90khz，热压法的过程中，热压的温度为550～650℃，压力为75～85kn，气氛为n2的条件下热压30分钟。
本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
本发明可用于客机风扇包容机匣，是一种抗冲击轻量化材料，可有效提高包容效率，降低发动机质量和油耗，具有密度小、耐磨性良好、抗冲击性优等特点，在风扇包容机匣上的应用具有广阔的前景，同时无机富勒烯纳米材料为无机富勒烯铝基纳米材料，以金属铝为基质，以乙醇作为介质将其混合，材料成本较低。生成的纳米复合材料中无机富勒烯可以均匀的分散在铝基质中，铝具有规则的晶粒尺寸。本发明制备的无机富勒烯增强铝基纳米复合材料具有轻质、极佳的减震性能和吸收冲击波的能力等特点，使得其在轻质减震材料和高性能防护材料中具有良好的应用前景。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
本发明设计了一种无机富勒烯铝基复合材料，实验表明，无机富勒烯的加入使物体撞击材料表面时，速度瞬间降低40％左右，因此铝复合材料的抗冲击性能和耐磨性有较大的提高，采用等离子烧结技术，在低温下进行烧结，可以保证无机富勒烯不分解。
实施例1：
(1)按质量分数称取30％的无机富勒烯纳米颗粒和70％的含铝材料；所述无机富勒烯颗粒的粒度为0.1μm～20μm；所述的含铝材料为铝或铝合金；含铝材料的粒度为5μm～70μm。
(2)将步骤(1)称取的无机富勒烯纳米颗粒和含铝材料放入球磨罐中，使用行星式球磨机球磨2～3h，采用玛瑙磨球，球料比2:1，转速为300r/min，得到混合粉体。
(3)将步骤(2)得到的混合粉体倒入石墨模具中，在压力为10mpa的条件下保压15min～20min，预压成型，得到胚体。
(4)将步骤(3)得到的胚体连同石墨模具一起置于放电等离子烧结炉中，抽真空，以50℃/min～80℃/min的升温速率将放电等离子烧结炉内的温度由室温升温至550℃～600℃后，施加40mpa压力烧结10min～15min，随炉冷却至室温，脱模，得到无机富勒烯/铝基复合材料。
实施例2：
(1)按质量分数称取无机富勒烯铝基纳米材料质量占比为32％和含铝材料质量占比为68％。所述的含铝材料为铝或铝合金；含铝材料的粒度为5μm～70μm。
无机富勒烯铝基纳米材料的制备过程为：将制备好的无机富勒烯纳米颗粒(if-ws2大小约为40nm)在超声波探针的帮助下均匀分散在乙醇介质中，大约混合1小时，震动频率为85khz。
将上述溶液加热到80℃，加入铝粉颗粒充分混合，并剧烈搅拌，直至乙醇完全挥，制得20wt％if-ws2与铝粉的混合样品，然后置于120℃的烘箱中烘干12小时。将烘干好的样品，在优化后的温度为580℃，压力为75kn的n2气氛下进行热压固化，即可获得无机富勒烯铝基纳米材料。
(2)将步骤(1)称取的无机富勒烯纳米颗粒和含铝材料放入球磨罐中，使用行星式球磨机球磨2.5h，采用玛瑙磨球，球料比2:1，转速为300r/min，得到混合粉体。
(3)将步骤(2)得到的混合粉体倒入石墨模具中，在压力为10mpa的条件下保压15min～20min，预压成型，得到胚体。
(4)将步骤(3)得到的胚体连同石墨模具一起置于放电等离子烧结炉中，抽真空，以50℃/min～80℃/min的升温速率将放电等离子烧结炉内的温度由室温升温至550℃～600℃后，施加40mpa压力烧结10min～15min，随炉冷却至室温，脱模，得到无机富勒烯/铝基复合材料。
实施例3：
(1)按质量分数称取25％～35％的无机富勒烯纳米颗粒和65％～75％的含铝材料；所述无机富勒烯颗粒的粒度为0.1μm～20μm；所述的含铝材料为铝或铝合金；含铝材料的粒度为5μm～70μm。
(2)将步骤(1)称取的无机富勒烯纳米颗粒和含铝材料放入球磨罐中，使用行星式球磨机球磨2～3h，采用玛瑙磨球，球料比2:1，转速为300r/min，得到混合粉体。
(3)将步骤(2)得到的混合粉体倒入石墨模具中，在压力为10mpa的条件下保压20min，预压成型，得到胚体。
(4)将步骤(3)得到的胚体连同石墨模具一起置于放电等离子烧结炉中，抽真空，以50℃/min～80℃/min的升温速率将放电等离子烧结炉内的温度由室温升温至550℃～600℃后，施加40mpa压力烧结10min～15min，随炉冷却至室温，脱模，得到无机富勒烯/铝基复合材料。
实施例4：
(1)按质量分数称取25％～35％的无机富勒烯纳米颗粒和65％～75％的含铝材料；所述无机富勒烯颗粒的粒度为0.1μm～20μm；所述的含铝材料为铝或铝合金；含铝材料的粒度为5μm～70μm。
(2)将步骤(1)称取的无机富勒烯纳米颗粒和含铝材料放入球磨罐中，使用行星式球磨机球磨2～3h，采用玛瑙磨球，球料比2:1，转速为300r/min，得到混合粉体。
(3)将步骤(2)得到的混合粉体倒入石墨模具中，在压力为10mpa的条件下保压15min～20min，预压成型，得到胚体。
(4)将步骤(3)得到的胚体连同石墨模具一起置于放电等离子烧结炉中，抽真空，以50℃/min～80℃/min的升温速率将放电等离子烧结炉内的温度由室温升温至575℃后，施加40mpa压力烧结10min～15min，随炉冷却至室温，脱模，得到无机富勒烯/铝基复合材料。
本发明可用于客机风扇包容机匣，是一种抗冲击轻量化材料，可有效提高包容效率，降低发动机质量和油耗。称取无机富勒烯纳米颗粒和含铝材料。无机富勒烯纳米颗粒和含铝材料进行球磨混合。混合粉体倒入石墨模具中，预压成型，得到胚体。等离子烧结，冷却，脱模。本发明具有密度小、耐磨性良好、抗冲击性优等特点，在风扇包容机匣上的应用具有广阔的前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。