一种粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料制造技术

为了改善粉末合金的硬度、耐磨性，设计了一种粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料。采用微细球形铝粉和SiC颗粒为原料，所制得的粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。其中，随着SiC颗粒体积分数的增加，更多的SiC颗粒在挤压过程中发生碎裂，复合材料内部的空洞增多，拉伸断口中的韧窝数量减少、深度变浅，韧性断裂特征明显减少，塑性变差。复合材料的布氏硬度从76HB升高到103HB。但强度降低，伸长率明显下降。复合材料的相对密度和热膨胀系数降低，热导率增大。本发明专利技术能够为制备高性能的SiCp/Al复合材料提供一种新的生产工艺。

A SiCp/Al Composite Prepared by Powder Extrusion

In order to improve the hardness and wear resistance of powder alloys, a SiCp/Al composite prepared by powder extrusion was designed. The hardness, densification degree and flexural strength of SiCp/Al composites prepared by powder extrusion using micro-spherical aluminium powder and SiC particles as raw materials have been greatly improved. With the increase of volume fraction of SiC particles, more SiC particles break up during extrusion, more voids in composite materials increase, the number of dimples in tensile fracture decreases, the depth of dimples becomes shallow, the ductile fracture characteristics decrease obviously, and the plasticity becomes worse. The Brinell hardness of the composites increased from 76HB to 103HB. But the strength decreases and the elongation decreases obviously. The relative density and thermal expansion coefficient of the composites decrease and the thermal conductivity increases. The invention can provide a new production process for preparing high performance SiCp/Al composite materials.

【技术实现步骤摘要】
一种粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料所属
本专利技术涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料。
技术介绍
粉末挤压成形是依靠冲头的压力，将压模中的金属粉末通过与其制品横截面尺寸和形状相同的挤压模而挤成致密棒材或零件的粉末成形方法。在挤压过程中，压模中的金属粉末除受到冲头的正压力外，还受到模壁的侧压力和摩擦力的作用。随着冲头的向下移动，压模中的粉末被逐渐压实，最后通过挤压模挤出。铝基碳化硅材料充分结合了碳化硅陶瓷和金属铝的不同优势，具有高导热性、与芯片相匹配的热膨胀系数、密度小、重量轻，以及高硬度和高抗弯强度。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善粉末合金的硬度、耐磨性，设计了一种粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料的制备原料包括：纯度为99.8%，粒径为10μm的微细球形铝粉和纯度为98.5%，粒径为12μm的SiC颗粒。粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后进行制粒。将制好的粉末加至挤压成型机中进行压制成形，随后放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结，烧结温度为1130℃，保温时间为90min。粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料的检测步骤为：拉伸性能采用INS338型力学试验机上进行，显微组织采用JSM560型扫描电镜观察，成分分析采用ED2型能谱仪分析，热膨胀系数采用NET402C型热膨胀仪测量，热扩散率采用Ante30S2型热导仪测量，硬度采用HBR187型电动布氏硬度计测试，密度采用阿基米德排水法测定。所述的粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料，随着SiC颗粒体积分数的增加，更多的SiC颗粒在挤压过程中发生碎裂，复合材料内部的空洞增多，拉伸断口中的韧窝数量减少、深度变浅，韧性断裂特征明显减少，塑性变差。所述的粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料，随着SiC颗粒体积分数的增加，复合材料的布氏硬度从76HB升高到103HB。但强度降低，伸长率明显下降。所述的粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料，随着SiC颗粒体积分数的增加，复合材料的相对密度和热膨胀系数降低，热导率增大。本专利技术的有益效果是：采用微细球形铝粉和SiC颗粒为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、挤压成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料。其中，随着SiC颗粒体积分数的增加，更多的SiC颗粒在挤压过程中发生碎裂，复合材料的布氏硬度从76HB升高到103HB，相对密度和热膨胀系数降低，热导率增大。所制得的粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本专利技术能够为制备高性能的SiCp/Al复合材料提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料的制备原料包括：纯度为99.8%，粒径为10μm的微细球形铝粉和纯度为98.5%，粒径为12μm的SiC颗粒。粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后进行制粒。将制好的粉末加至挤压成型机中进行压制成形，随后放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结，烧结温度为1130℃，保温时间为90min。粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料的检测步骤为：拉伸性能采用INS338型力学试验机上进行，显微组织采用JSM560型扫描电镜观察，成分分析采用ED2型能谱仪分析，热膨胀系数采用NET402C型热膨胀仪测量，热扩散率采用Ante30S2型热导仪测量，硬度采用HBR187型电动布氏硬度计测试，密度采用阿基米德排水法测定。实施案例2：含60%SiCp的复合材料加入的SiC颗粒体积分数过高，材料塑性太差，挤压出来的试样当场碎裂，无法挤压成型。在460℃温度下进行热挤压时，纯铝粉的屈服强度较低且具有较好的流动性，材料在三向压应力作用下将发生塑性流动变形。SiC颗粒的强度和硬度较高、塑性较差，难以发生塑性变形，铝基体的塑性流动对SiC颗粒形成剪切作用力，促使形状不规则的SiC颗粒随基体流动而发生转动，导致SiC颗粒的长轴方向平行于挤压方向。随着SiC颗粒体积分数的增加，白色流线型纯铝组织减少且流线型区域的宽度变窄，纯铝基体的流动性下降，铝粉在挤压变形过程中发生的团聚现象得到改善。实施案例3：随着SiC颗粒体积分数的增加，更多SiC颗粒在挤压过程中发生破碎。铝基体较软，在挤压时流动性较好，而SiC颗粒属于增强相，必须依靠铝基体的流动来带动SiC颗粒运动，50%SiCp/A1复合材料塑性变形能力变差，挤压时材料的变形抗力增大，使得作用于复合材料上的挤压力更大，导致更多SiC颗粒发生破碎。50%SiCp/A1复合材料中破碎的SiC颗粒明显增多，60%SiCp/A1复合材料中破碎后的SiC颗粒周边产生较多孔隙，并且铝粉含量的减少，这些孔隙更难被填充，导致材料内部产生许多空洞，最终使得材料的相对密度下降。实施案例4：当SiC颗粒的体积分数从40%增加到50%时，材料的硬度从73HB升高到102HB。在室温下50%SiCp/A1复合材料的抗拉强度和屈服强度均比40%SiCp/A1复合材料的小，且断后伸长率也显著减小。SiC颗粒的硬度比铝粉的硬度大很多，50%SiCp/A1复合材料的硬度比40%SiCp/A1的更高，在挤压过程中所需要的挤压力更大，硬度较高的SiC颗粒更容易碎裂，使铝基体更难以填充SiC颗粒之间的孔隙，材料内部出现较大的宏观裂48纹和空洞，在拉伸过程中裂纹易从空洞处萌生并扩大，最终发生脆性断裂，导致材料力学性能下降。实施案例5：粉末热挤压成型的致密化过程可分为3个阶段：填充挤压阶段和稳态流动阶段。第一阶段的填充挤压过程对相对密度有显著的影响，在巨大的挤压力作用下，粉末表面的氧化膜破碎，有利于粉末之间的紧密结合，同时高温下基体的流动性较好，更易被挤入到SiC颗粒问的孔隙中，在挤压过程中，孔隙受到静水压力和剪切力的共同作用，剪切力促进孔隙拉长，静水压力导致孔隙压缩和闭合。第二阶段中的相对密度变化很小。随着SiC颗粒体积分数的增加，复合材料内部产生更多的裂纹和空洞，同时铝粉体积分数的减少会降低材料的变形能力和粉末颗粒的流动性，铝粉对颗粒间孔隙的填充能力下降，使材料的相对密度下降。实施案例6：温度的升高会增大材料的线膨胀系数，当SiC颗粒体积分数从50%增加到60%时，复合材料的线膨胀系数减小。这是纯铝在室温时的线膨胀系数约为22，SiC颗粒在室温时的线膨胀系数约为4.7，基体的线膨胀系数远大于SiC颗粒的线膨胀系数，随着温度的升高，纯铝基体在热膨胀过程中受到SiC颗粒的压应力作用，抑制了基体的继续膨胀，随着SiC颗粒加入量的增多，SiC颗粒对基体热膨胀的抑制作用更加明显。实施案例7：在金属基复合材料中，热能的传输是通过晶格波即声子和自由电子的传输来实现的，声子和自由电子传输热能的能力会因几何界面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料的制备原料包括：纯度为99.8%，粒径为10μm的微细球形铝粉和纯度为98.5%，粒径为12μm的SiC颗粒。

【技术特征摘要】
1.粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料的制备原料包括：纯度为99.8%，粒径为10μm的微细球形铝粉和纯度为98.5%，粒径为12μm的SiC颗粒。2.根据权利要求1所述的粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料，其特征是粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料的制备步骤为：将原始粉末按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨时间为24h，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后进行制粒，将制好的粉末加至挤压成型机中进行压制成形，随后放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结，烧结温度为1130℃，保温时间为90min。3.根据权利要求1所述的粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料，其特征是粉末挤压成型制备的SiCp/Al复合材料的检测步骤为：拉伸性能采用INS338型力学试验机上进行，显微组织采用JSM560型扫描电镜观...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明超，
申请(专利权)人：沈阳东青科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21