一种真空气压浸渗制备AlC复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种真空气压浸渗制备AlC复合材料的方法，按体积百分数计算，包含以下组分：15～20％的铝合金，80～85％的片层石墨，制备方法为预先制备片层石墨预制型，片层石墨预制型所占复合材料比重为80～85％；而后将片层石墨预制型装入模型，通过压力将预先熔化好的铝液压入片层石墨中；最后在一定压力差下，冷却凝固，制备出Al/C复合材料。通过本发明专利技术采用的制造技术，复合材料变形量小，导热能力高，可确保加工的尺寸稳定性。制造过程简单，易于操作，可实现大批量生产等的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种真空气压浸渗制备AlC复合材料的方法
本专利技术属于金属基复合材料领域，具体涉及一种真空气压浸渗制备AlC复合材料的方法。
技术介绍
以石墨(颗粒、片层状)与铝合金复合而成的石墨～铝复合材料具有广阔的应用前景。由于石墨具有良好的润滑作用，因此，石墨与铝复合而成的复合材料具有低的摩擦系数和磨损率，良好的减震性能和机械加工性能。是一种应用前景非常广泛的新型减磨材料。同时，其优良的导热性能和热膨胀很小的特点，又拓展应用领域，可用于导热领域。虽说石墨(颗粒、片层状)～铝复合材料具有如此广阔的应用前景和领域，但由于石墨(颗粒)与铝的润湿性很差，两者几乎不润湿，其接触角θ为157°，在1000℃时，仍大于90°，因此，很难将石墨混入铝熔体。即使混进，由于两者润湿性差，造成石墨分布不均，影响材料性能。常用的制备方法为：(1)粉末冶金法；可以制备出体分很高的铝石墨复合材料，但是成型工艺和设备复杂，性能较差，成型尺寸受限，成本较高。(2)喷射沉积法；结合了粉末冶金和快速凝固的特点，工艺简化，但工艺参数难以控制，制备的复合材料孔隙率较高，需二次加工成型，成本虽比粉末冶金法降低，但仍高。(3)铸造法，分为涂层法和非涂层法两大类。涂层法主要为表面涂覆Ni层或Cu层，涂覆Ni层，成本较高，且容易与铝形成脆生相NiAl3；而Cu层，价格便宜，但仍制备工艺复杂。非涂层法主要为半固态铸造工艺和液相浸渗工艺，半固态铸造工艺是将铝温控制在液相线和固相线之间，加入石墨颗粒，经剧烈搅拌后，迅速升温至液相线以上浇注，由于粘度大，半固态温度不便于控制，所制备的材料性能差，不能批量生产。液相浸渗工艺是将石墨颗粒制备成一定尺寸的预制型件，铝液在压力作用下压入石墨预制型内部，并保压一定时间，待铝液凝固后，可获得铝石墨复合材料。单所需压力较大，模具受损严重，制备的复材尺寸也受限。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供了一种采用真空压力铸造工艺制备Al/C复合材料的新方法。本专利技术采用以下技术方案：一种真空气压浸渗制备AlC复合材料的方法，采用粘结剂和造孔剂将片层石墨粘结在一起，制成预制型件并烘干，排除造孔剂和粘结剂在片层石墨预制件内部的开孔结构微孔，然后将预制型件置于模型内，放置在真空差压铸造设备上，预先将模型内部的空气排出，使模型内部处于负压状态，而后铝液通过片层石墨预制型的微孔渗入至片层石墨预制型内部，并在压力差作用下结晶和凝固制备成AlC复合材料。优选的，包括以下步骤：S1、称取原料，按质量百分数，聚二甲基硅氧烷为1.0～3.0％，聚乙烯醇为60.0～70.0％，十二烷基三甲基溴化铵为1.0～2.0％，羟甲基丙基纤维素钠为20.0～30.0％，磷酸三丁酯为2.0～3.0％；S2、将步骤S1称取的原料倒入化胶机内，混合均匀制成混合胶料；S3、称取石墨片层造粒粉原料，按质量百分数，混合胶料为2.0～10.0％，片层石墨为90.0～98.0％；S4、将步骤S3称取的混合胶料和片层石墨加入造粒机内，得到混合均匀的石墨片层造粒粉；S5、将步骤S4制备的所述石墨片层造粒粉，放置于预先准备好的干压模具内，压成具有一定形状的片层石墨预制型；S6、对步骤S5制备的所述片层石墨预制型进行预热排胶，制成出孔隙率15～20％的片层石墨预制型；S7、将步骤S6制备的所述片层石墨预制型放置在铸型内，在氮气气氛保护下进行预热；S8、将步骤S7预热完成的所述片层石墨预制型放置在差压铸造机上，将铝液通过压缩空气压入铸型内，保持上下压力室压力差在0.8～1.0MPa，持续10～15min，结晶凝固制成Al/C复合材料。进一步的，步骤S1中，所述原料的纯度大于99.9％。进一步的，步骤S2中，设定油浴化胶机的温度为50～100℃，搅拌速度为80～100转/min，直到充分溶解。进一步的，步骤S3中所述混合胶料和片层石墨的纯度大于99.9％。进一步的，步骤S5在10MPa压力和10～30S保压时间作用下。进一步的，步骤S6中，在300～500℃，惰性气氛保护下，预热3～4h。进一步的，步骤S7中，预热温度为700～850℃，预热时间为5.0～6.0h。进一步的，步骤S8中，预先抽调压力室内的空气，保持真空度-0.05MPa，铸型温度700～850℃，铝液温度700～850℃。进一步的，步骤S8中，Al/C复合材料由体积百分数80～85％的多孔结构片层石墨和15～20％的ZL101Al铝合金组成。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术首先采用配比好的粘结剂、造孔剂等添加剂将片层石墨粘结在一起，采用干压成型方式将片层石墨制备成一定形状的预制型件，接着将预制型件在一定温度下烘干，排除造孔剂、粘结剂等添加剂在片层石墨预制件内部造成一系列微孔，并且，微孔为一系列开孔结构。最后，将预制型件置于事先准备好的模型内，在真空差压铸造设备上，预先将模型内部的空气排出掉，使模型内部处于负压状态，而后铝液在一定压力的作用下，通过片层石墨预制型的微孔渗入片层石墨预制型内部，并在压力差作用下结晶和凝固，制备出Al/C复合材料，工艺简单，操作简便，生产成本低，设备要求低，预先达到的负压环境，仅需要0.8～1.0MPa的压力差就可以完全将铝液渗入到片层石墨预制型内部，并且结合良好，内部孔洞极少，铸型变形量少。工艺可控性高，可实现大批量生产。进一步的，设定所述油浴化胶机的温度为50～100℃，搅拌速度为80～100转/min。保证溶质充分溶解，并且各溶质均匀混合。进一步的，所述混合胶料和片层石墨的纯度大于99.9％。避免杂质对材料性能的影响进一步的，所述步骤S5在10MPa压力和10～30s保压时间作用下。使得粉料压制成型预制件。进一步的，步骤S6中，在300～500℃，氮气气氛保护下，预热3～4h左右。使得内部添加剂充分挥发，内部具有一系列的微孔，且微孔为开孔。进一步的，预热温度为700～850℃，预热时间为5.0～6.0h。确保预制件均匀受热，为浸渗做准备。进一步的，预先抽调压力室内的空气，保持真空度～0.05MPa，铸型温度700～850℃，铝液温度700～850℃。排除气孔，增加组织致密性。铝液达到流动性最好状态，铸型温度合适浸渗，在上下压力罐压力差的作用下完成谨慎。综上所述，通过本方法生产出的复合材料变形量小，导热能力高，可确保加工的尺寸稳定性并且结合良好，内部孔洞极少。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术生产AlC复合材料所采用的真空压力浸渗铸造设备示意图；图2为本专利技术石墨预制型图；图3为本专利技术石墨片层结构图；图4为本专利技术石墨片层内部造孔结构图；图5为本专利技术AlC复合材料形貌图；图6为本专利技术方法的步骤图。其中，1.气源；2.真空系统；3.上压力罐；4.下压力罐；5.铸型；6.锁紧卡环；7.升液管；8.铝液；9.电阻加热炉。具体实施方式请参阅图1，本专利技术一种真空气压浸渗制备AlC复合材料的方法采用的真空压力浸渗铸造设备包括铸型5、气源1、真空系统2、上压力罐3、下压力罐4和电阻加热炉9，其中，上压力罐3和下压力罐4之间设置锁紧卡环6，锁紧卡环6下部与升液管7连接，升液管7的另一端深入所述下压力罐4内的铝液8中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真空气压浸渗制备AlC复合材料的方法，其特征在于：采用粘结剂和造孔剂将片层石墨粘结在一起，制成预制型件并烘干，排除造孔剂和粘结剂在片层石墨预制件内部的开孔结构微孔，然后将预制型件置于模型内，放置在真空差压铸造设备上，预先将模型内部的空气排出，使模型内部处于负压状态，而后铝液通过片层石墨预制型的微孔渗入至片层石墨预制型内部，并在压力差作用下结晶和凝固制备成AlC复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种真空气压浸渗制备AlC复合材料的方法，其特征在于：采用粘结剂和造孔剂将片层石墨粘结在一起，制成预制型件并烘干，排除造孔剂和粘结剂在片层石墨预制件内部的开孔结构微孔，然后将预制型件置于模型内，放置在真空差压铸造设备上，预先将模型内部的空气排出，使模型内部处于负压状态，而后铝液通过片层石墨预制型的微孔渗入至片层石墨预制型内部，并在压力差作用下结晶和凝固制备成AlC复合材料。2.根据权利要求1所述的一种真空气压浸渗制备AlC复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、称取原料，按质量百分数，聚二甲基硅氧烷为1.0～3.0％的，聚乙烯醇为60.0～70.0％的，十二烷基三甲基溴化铵为1.0～2.0％的，羟甲基丙基纤维素钠为20.0～30.0％，磷酸三丁酯为2.0～3.0％；S2、将步骤S1称取的原料倒入化胶机内，混合均匀制成混合胶料；S3、称取石墨片层造粒粉原料，按质量百分比，混合胶料为2.0～10.0％，片层石墨为90.0～98.0％；S4、将步骤S3称取的混合胶料和片层石墨加入造粒机内，得到混合均匀的石墨片层造粒粉；S5、将步骤S4制备的所述石墨片层造粒粉，放置于预先准备好的干压模具内，压成具有一定形状的片层石墨预制型；S6、对步骤S5制备的所述片层石墨预制型进行预热排胶，制成出孔隙率15～20％的片层石墨预制型；S7、将步骤S6制备的所述片层石墨预制型放置在铸型内，在氮气气氛保护下进行预热；S8、将步骤S7预热完成的所述片层石墨预制型放置在差压铸造机上，将铝液通过压缩空气压入铸型内，保持上...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐健江，王鹏冲，
申请(专利权)人：西安航空学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61