一种高致密度铝碳化硅复合材料制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高致密度铝碳化硅复合材料制备方法，将铝颗粒分散在硅溶胶中，密封搅拌，过滤后干燥处理得到改性的铝粉；将获得的改性铝粉与氧化铝和高岭土混合后机械搅拌；将得到的粉体和碳化硅搅拌混合，再加入聚乙二醇液体保持转速继续搅拌得到陶瓷粉体；将陶瓷粉体压制制成成型毛坯，经热处理后随炉冷却得到气孔率30％～40％的碳化硅预制型；将得到的碳化硅预制型进行无压浸渗铝液；冷却处理后制得高致密度的铝碳化硅复合材料。本发明专利技术不但提高了铝液浸渗过程的润湿性，得到了高致密度的铝碳化硅复合材料，而且生成的莫来石晶须有利于提高复合材料的机械性能。

A preparation method of high density aluminum silicon carbide composite

【技术实现步骤摘要】
一种高致密度铝碳化硅复合材料制备方法
本专利技术属于金属复合材料制备
，具体涉及一种高致密度铝碳化硅复合材料制备方法。
技术介绍
高体积分数铝碳化硅复合材料具有密度轻，比模量、比刚度高，膨胀系数可调及热导率高等特性，是性能突出的结构材料和功率器件散热材料，但是它的制备成本相较于传统的结构材料较高。传统方法制备高体积分数铝碳化硅复合材料主要是通过压力浸渗的方法将铝液压入多孔碳化硅骨架中，该方法成本高，且容易对碳化硅结构造成损伤。无压浸渗法虽然成本低，但只适合制备体积分数较低(小于55％)的铝碳化硅复合材料。如何提高陶瓷骨架和金属液之间的亲和性，降低润湿阻力，是现在科学研究的重点，也是解决阻碍铝碳化硅大规模商业化应用的关键难题。
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，提供一种高致密度铝碳化硅复合材料制备方法，通过在陶瓷预制型制备过程中引入微量高岭土、氧化铝和硅溶胶包覆的铝颗粒，不但提高了铝液浸渗过程的润湿性，得到了高致密度的铝碳化硅复合材料，而且生成的莫来石晶须有利于提高复合材料的机械性能。本专利技术采用以下技术方案：一种高致密度铝碳化硅复合材料制备方法，包括以下步骤：S1、将铝颗粒分散在硅溶胶中，密封搅拌，过滤后干燥处理得到改性的铝粉；S2、将步骤S1获得的改性铝粉与氧化铝和高岭土混合后机械搅拌；S3、将步骤S2得到的粉体和碳化硅搅拌混合，再加入聚乙二醇液体保持转速继续搅拌得到陶瓷粉体；将陶瓷粉体压制制成成型毛坯，经热处理后随炉冷却得到气孔率30％～40％的碳化硅预制型；S4、将步骤S3得到的碳化硅预制型进行无压浸渗铝液；S5、冷却处理后制得高致密度的铝碳化硅复合材料。具体的，步骤S1中，铝颗粒的粒径为1～1.5微米，硅溶胶的含量为20％～30％。具体的，步骤S1中，于40～50℃下密封搅拌3～5h，过滤后在60℃干燥6～12h。具体的，步骤S2中，改性铝粉：氧化铝：高岭土的质量比为9.5：0.3:0.2。具体的，步骤S2中，搅拌时间为6～8h，搅拌速度为1500～1800r/min。具体的，步骤S3中，碳化硅的粒径为1～3μm，搅拌的转速为2000～2500r/min，搅拌时间为5～6h，碳化硅的比例为96％～99％，聚乙二醇液体的浓度为1％，继续搅拌时间为1～2h。具体的，步骤S3中，模压为10～50MPa，成型毛坯于1300℃下热处理1～2h，升温速率：＜800℃，1～2℃/min；＞800℃，3～5℃/min，气孔率为30％～40％。具体的，步骤S4中，在氮气气氛下，控制温度750～1000℃，浸渗时间1～2h，进行无压浸渗铝液。具体的，步骤S4中，铝液中，1％≤Mg的质量分数≤3％，2％≤硅的质量分数≤10％，陶瓷预制型浸渗的最大厚度≤1cm。具体的，步骤S5中，当温度大于等于500℃，以2℃/min的速率降温处理，当温度小于500℃时，随炉自然冷却。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术一种高致密度铝碳化硅复合材料制备方法，改性的铝颗粒和陶瓷矿物粉体亲和性提高，能促进铝均匀分散在后续的陶瓷骨架中，在铝液浸渗过程中，骨架中的铝颗粒在一定时间内处于半融状态，有利于铝液在陶瓷骨架孔隙中扩散；通过在烧制陶瓷预制体过程中促进铝颗粒的氧化硅和氧化铝、高岭土作用，生成少量晶须，在最后致密产品中起到增韧的作用；得到高强度的碳化硅陶瓷预制体，预制体中存在生成的莫来石晶须，相对传统方法，预制体具有更高的强度；铝液浸渗在陶瓷预制体骨架中，得到高致密的铝碳化硅复合材料。进一步的，密封搅拌可以防止由于硅溶胶的水分蒸发造成大量的溶胶颗粒团聚或者非均匀聚集在铝颗粒表面，过滤干燥使硅溶胶颗粒牢固吸附在铝颗粒表面。进一步的，通过改性铝粉、氧化铝和高岭土的质量比的控制可以防止黏土矿物量过大引入缺陷，影响产品的致密度和热导。进一步的，通过搅拌促进少量黏土矿物尽可能和铝粉均匀混合。进一步的，改性的铝粉和碳化硅陶瓷颗粒之间的排斥力较弱，能够达到均匀混合的目的。合适的压力有利于控制热处理后得到的产品的孔隙率。进一步的，热处理可以去除有机粘结剂，促进氧化铝、高岭土和铝颗粒表面的二氧化硅反应生成少量莫来石晶须；同时硅溶胶颗粒包覆的铝颗粒熔融后吸附在陶瓷骨架中，有利于后续铝液的浸渗，降低陶瓷骨架和金属液之间的排斥力。进一步的，少量Mg和Si的加入有利于提高金属液和陶瓷的亲和性，但是传统无压工艺中的Mg的含量＞10％，其蒸气对于设备腐蚀严重；本专利技术Mg含量低，对于设备要求低，有利于降低成本。进一步的，通过对不同的温度进行降温处理，能够消除应力。综上所述，本专利技术通过铝颗粒的改性，在陶瓷预制型骨架中预先引入铝层，有利于解决传统工业生产中无压浸渗时铝液和陶瓷之间排斥难以达到高致密度的问题，同时在复合材料体系中引入少量晶须增强体，在对材料热导率影响不大的情况下有利于提高了材料的机械性能，有利于产品应用范围的加宽。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为制备的多孔陶瓷预制体图；图2为制备的多孔陶瓷预制体的致密度对比图；图3为制备的多孔陶瓷预制体的热导率对比图。具体实施方式本专利技术一种高致密度铝碳化硅复合材料制备方法，包括以下步骤：S1、将粒径1～1.5微米的铝颗粒分散在含量为20％～30％的硅溶胶中，于40～50℃下密封搅拌3～5h，过滤后于60℃干燥6～12h，得到改性的铝粉；S2、将上述铝粉和氧化铝、高岭土按质量比9.5：0.3:0.2混合后机械搅拌6～8h，搅拌速度为1500～1800r/min；S3、将步骤S2中得到的粉体和1～3μm的碳化硅在2000～2500r/min的转速下搅拌混合5～6h，碳化硅的比例为96％～99％；之后加入1％的聚乙二醇液体，保持转速继续搅拌1～2h，混料完毕得到所需陶瓷粉体；在模压10～50MPa压力下将得到的陶瓷粉体压制成型，成型毛坯于1300℃下热处理1～2h，升温速率：＜800℃，1～2℃/min；＞800℃，3～5℃/min；之后随炉冷却得到碳化硅预制型，气孔率为30％～40％；S4、将步骤S3得到的碳化硅预制型在750～1000℃，氮气气氛下进行无压浸渗铝液，铝液中，1％≤Mg的质量分数≤3％，2％≤硅的质量分数≤10％，浸渗时间为1～2h，，陶瓷预制型浸渗的最大厚度≤1cm；S5、步骤S4完成后进行冷却处理，500℃以上按2℃/min的速率降温；500℃以下随炉自然冷却后制得高致密度的铝碳化硅复合材料。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高致密度铝碳化硅复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、将铝颗粒分散在硅溶胶中，密封搅拌，过滤后干燥处理得到改性的铝粉；/nS2、将步骤S1获得的改性铝粉与氧化铝和高岭土混合后机械搅拌；/nS3、将步骤S2得到的粉体和碳化硅搅拌混合，再加入聚乙二醇液体保持转速继续搅拌得到陶瓷粉体；将陶瓷粉体压制制成成型毛坯，经热处理后随炉冷却得到气孔率30％～40％的碳化硅预制型；/nS4、将步骤S3得到的碳化硅预制型进行无压浸渗铝液；/nS5、冷却处理后制得高致密度的铝碳化硅复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种高致密度铝碳化硅复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将铝颗粒分散在硅溶胶中，密封搅拌，过滤后干燥处理得到改性的铝粉；
S2、将步骤S1获得的改性铝粉与氧化铝和高岭土混合后机械搅拌；
S3、将步骤S2得到的粉体和碳化硅搅拌混合，再加入聚乙二醇液体保持转速继续搅拌得到陶瓷粉体；将陶瓷粉体压制制成成型毛坯，经热处理后随炉冷却得到气孔率30％～40％的碳化硅预制型；
S4、将步骤S3得到的碳化硅预制型进行无压浸渗铝液；
S5、冷却处理后制得高致密度的铝碳化硅复合材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，铝颗粒的粒径为1～1.5微米，硅溶胶的含量为20％～30％。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，于40～50℃下密封搅拌3～5h，过滤后在60℃干燥6～12h。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，改性铝粉：氧化铝：高岭土的质量比为9.5：0.3:0.2。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，搅拌时间为6～8h...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波波，何娟，景文甲，刘磊，
申请(专利权)人：珠海亿特立新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44