碳化硼基微观结构复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及复合材料技术领域，具体公开了一种碳化硼基微观结构复合材料的制备方法，包括如下步骤：碳化硼粉末按配比量装填入石墨模腔内，振动石墨模腔使碳化硼粉末分布均匀，碳化硼粉末的粒度分布为0.1μm～2000μm；将带有小孔的石墨板盖在碳化硼粉末体上；将待熔渗的铝合金放置于所述石墨板上，装入真空炉烧结，铝合金通过所述石墨板的小孔进入碳化硼粉末孔隙进行熔渗，得到烧结体；烧结完成，冷却，得到的烧结体进行加工将石墨板去除。进一步，烧结前在真空炉有效加热区域放置镁金属。本发明专利技术的方法从机理上消除了出现微观裂纹的可能性，避免了碳化硼基微观结构复合材料出现裂纹，并有效提高了铝的润湿性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及复合材料
，具体公开了一种，包括如下步骤：碳化硼粉末按配比量装填入石墨模腔内，振动石墨模腔使碳化硼粉末分布均匀，碳化硼粉末的粒度分布为0.1μm～2000μm；将带有小孔的石墨板盖在碳化硼粉末体上；将待熔渗的铝合金放置于所述石墨板上，装入真空炉烧结，铝合金通过所述石墨板的小孔进入碳化硼粉末孔隙进行熔渗，得到烧结体；烧结完成，冷却，得到的烧结体进行加工将石墨板去除。进一步，烧结前在真空炉有效加热区域放置镁金属。本专利技术的方法从机理上消除了出现微观裂纹的可能性，避免了碳化硼基微观结构复合材料出现裂纹，并有效提高了铝的润湿性。【专利说明】
本专利技术属于复合材料
，特别涉及一种。
技术介绍
陶瓷具有硬度高、密度低和抗化学腐蚀等特点，但韧性差。铝合金具有韧性好、密度低等特点，但硬度低。若在微米尺度上进行陶瓷与铝合金的三维微观结构复合，则能取其二者之优势，获得综合性能好的复合材料。碳化硼(B4C)的陶瓷特性明显，其硬度仅仅次于金刚石和立方氮化硼，是目前第3硬的材料。为了获得综合性能较优的材料，人们探索研制了碳化硼与招合金的三维微观结构复合材料(简称3DMC, Tr1-dimension MicrostructureComposite 的简称)。目前广泛使用的碳化硼与铝合金三维微观结构复合材料的制备方法是，先将碳化硼粉末烧结成含三维连通孔隙的整体骨架，孔径为0.1~10微米，然后把铝合金熔渗入骨架中，并用铝合金填满空隙，使碳化硼与铝合金在微米尺度上完成三维复合，由此获得碳化硼与铝合金的三维微观结构复合材料。现有技术的制备方法的主要特点是采取“两步法”，即首先预先烧结含三维连通孔隙的碳化硼整体骨架，再进行铝合金的熔渗。但现有技术的该种方法的主要缺陷是，制备的材料容易出现肉眼可见的裂纹，制备大尺寸材料极为困难，目前还只能制备小样品。其原因在于，碳化硼整体骨架制备与铝合金的真空熔渗是分两步进行的，而B4C与Al的膨胀系数分别为2.6~5.8和25~26 ( μ m -k-1)，二者差别较大，在烧结后的冷却过程中，由于膨胀系数的差别，碳化硼与铝合金不能协调收缩，使得碳化硼骨架的某些微观区域受到张应力的作用，当累积张应力大于碳化硼的抗拉强度时，该微观区域碳化硼整体骨架便产生裂纹。而碳化硼是脆性材料，裂纹一旦出现，便很容易扩展，发展成宏观裂纹。与此同时，由于铝太活泼，其表面总有一层致密的氧化铝(Al2O3)膜，使得真空熔渗时，招合金与碳化砸无法形成Al/B4C界面，而是形成了 Al/A1203/B4C界面，从而剥夺了招润湿碳化硼的机会。Al2O3即使在高达1620°C时，其平衡的氧压才接近10_15Pa，只有体系中氧压力小于10_15Pa时，Al2O3才开始不稳定。而目前生产用真空炉的极限真空度也只能到10_4Pa，即现有的技术没有办法使A1/A1203/B4C界面中的Al2O3分解，无法形成A1/B4C界面，Al也就没有办法润湿B4C 了，这进一步增加了铝合金熔渗的难度，从而进一步影响了碳化硼与铝合金的三维微观结构复合材料的制备。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是针对上述现有技术中存在的容易导致材料产生裂纹，且铝润湿碳化硼的效果不佳的问题，提供一种。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下:，包括如下步骤:步骤(1):碳化硼粉末按配比量装填入石墨模腔内，振动石墨模腔使碳化硼粉末分布均匀，所述碳化硼粉末的粒度分布为0.1 μ m~2000 μ m ；步骤(2):将带有小孔的石墨板盖在碳化硼粉末体上；步骤(3):将待熔渗的铝合金放置于所述石墨板上，装入真空炉烧结，铝合金通过所述石墨板的小孔进入碳化硼粉末孔隙进行熔渗，得到烧结体；步骤(4):烧结完成，冷却，对步骤(3)得到的烧结体进行加工将石墨板去除，得到碳化硼基微观结构复合材料。本专利技术的，摒弃了现有技术的“两步法”，采取利用石墨模具保持碳化硼骨架的造型，通过调节粉末粒度范围，从而调节碳化硼粉末骨架的孔隙形态和粒度分布，不对碳化硼粉末骨架进行预烧结；同时通过将石墨板盖在碳化硼粉末体之上，铝合金放置在石墨板上，直接放入真空炉一起进行烧结，铝合金通过石墨板上的小孔熔渗进入碳化硼粉末孔隙，经升温、升温后保温，降温，降温后保温，烧结完成后进行冷却，再通过车加工去除石墨板，从而获得所需要的碳化硼基微观结构复合材料。本专利技术的，采取“一步法”，因碳化硼骨架只是粉末颗粒的堆积体，颗粒间并不形成烧结颈，碳化硼骨架熔渗铝合金后冷却时，骨架自然地与铝合金协调收缩，因此从机理上消除了形成微观裂纹的可能，从而避免了碳化硼基微观结构复合材料出现烧结裂纹。作为优选，前述的，步骤(2)所述小孔的数量不少于4个/50mm2，所述小孔的直径为4 mm~6 mm。通过优选石墨板上的小孔的数量及直径，使小孔与碳化硼粉末的孔隙更加匹配，从而进一步优化铝合金熔渗的效果。作为优选，前述的，步骤(3)所述烧结的升温速度为15°C /min~20°C /min，升温至1100°C~1150°C，升温后保温15min~25min，再降温至950°C~1000°C进行保温，降温后的保温时间为60min~120min。作为优选，前述的，步骤(3)所述待熔渗铝合金的用量为铝合金理论配比量的1.2~1.4倍。作为进一步优选，前述的，步骤(3)所述待熔渗铝合金的用量为铝合金理论配比量的1.3倍。本专利技术的，待熔渗铝合金的用量选择铝合金理论配比量的1.2~1.4倍，进一步优选1.3倍。理论配比量，系指已知的目标复合材料所需要的铝合金的用量。通过这种“微过量”的选择，并配合本专利技术选择的碳化硼粉末的粒度分布及采取的利用带孔石墨板进行熔渗的技术手段，可以保证铝合金完全填充碳化硼粉末体，同时这种“微过量”选择，在进行车加工后可以在目标样品表面形成一薄层的铝合金，这有利于进行材料的表面处理，并进一步提高复合材料的抗弹击能力。作为进一步优选，前述的，步骤(3)所述烧结的真空度不小于KT1Pa,所述烧结的全过程打开扩散真空泵。作为进一步优选，前述的，步骤(4)所述冷却的真空度为10_4Pa。 作为进一步优选，前述的，步骤(3)所述烧结，在升温前，在真空炉的有效加热区域放置镁金属。本专利技术的，通过在真空炉的有效加热区域放置镁金属，可以有效提高铝的润湿性，从而进一步有效提高铝熔渗碳化硼粉末的效果。其技术原理如下:①烧结升温时，发热体的温度高于炉内有效加热区，而冷却时，发热体的温度反而低于炉内有效加热区，因此，当加热温度接近1100°c时，因为镁金属的气化而使炉内部充满镁气体，冷却时，镁气体优先沉积于发热体，下次使用炉子时，在发热体温度接近1100°C时，炉内便又形成镁气体，镁气体将逐步赶走炉内的空气，最终炉内完全被镁气体充满的线膨胀系数大于Al2O3，通过升高温度，可以利用Al的膨胀而胀破包覆其自身的Al2O3致密膜，从而破坏Al2O3膜的致密和完整性，且炉内已充满镁气体，炉内无空气或氧气，Al不具备形成Al2O3的基本条件，从而Al与B4C直接接触，形成AVB4C界面，Al可以很好地润湿B4C。③Al2O3与镁还存在下列反应:3Mg+Al203 = 3Mg0+2Al，这也有利于进一步提高Al的润湿本文档来自技高网...

【技术保护点】
碳化硼基微观结构复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：碳化硼粉末按配比量装填入石墨模腔内，振动石墨模腔使碳化硼粉末分布均匀，所述碳化硼粉末的粒度分布为0.1μm～2000μm；步骤(2)：将带有小孔的石墨板盖在碳化硼粉末体上；步骤(3)：将待熔渗的铝合金放置于所述石墨板上，装入真空炉烧结，铝合金通过所述石墨板的小孔进入碳化硼粉末孔隙进行熔渗，得到烧结体；步骤(4)：烧结完成，冷却，对步骤(3)得到的烧结体进行加工将石墨板去除，得到碳化硼基微观结构复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭绍雨，
申请(专利权)人：成都西顿硬质合金有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51