一种低热膨胀率铝合金复合材料的制备方法及其应用技术

一种低热膨胀率铝合金复合材料的制备方法，将石墨蠕虫或纳米碳粉体与去离子水混合均匀，以剪切速度≥9000转/秒的速度进行分散剥离，制得纳米碳浆料；以铝粉、碳化硅粉、硅粉和镁粉为原料粉体，分散于聚硅氧烷溶液中，在真空状态下将原料粉体与聚硅氧烷溶液混合并球磨成为片状，制得铝箔浆料；将铝箔浆料装入密闭水冷压力反应釜中，通入丙烷气体并密封容器；将混合物升温、加压，丙烷达到超临界流体状态；将混合物降温，或降压，或同时降温降压，得到复合浆料；将复合浆料过滤，回收溶剂，真空干燥，得到一种低热膨胀率铝合金复合材料。本发明专利技术提出的一种低热膨胀率铝合金复合材料的制备方法，工艺简单，生产效率高，适合工业化生产。

Preparation and application of a low thermal expansion aluminum alloy composite

【技术实现步骤摘要】
一种低热膨胀率铝合金复合材料的制备方法及其应用
本专利技术属于铝合金复合材料
，更具体地，本专利技术涉及一种低热膨胀率铝合金复合材料。
技术介绍
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，铸造铝合金具有良好的铸造性能，可以制成形状复杂的零件，不需要庞大的附加设备，具有节约金属、降低成本等优点，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶等工业中已大量应用。纳米碳具有超强的模量、强度、导电性和导热性，是一种理想的铝合金的增强相，添加1％左右纳米碳就可以显著提升铝合金的机械性能，提高纳米碳在铝合金中的含量是实现性能增强的可选途径。金属粉体可以通过各种方法制备复杂形状和各种尺寸的零部件，包括铸造、粉末冶金和挤压成形等，所以可以采用纳米碳铝合金粉体原料作为铝合金零部件的生产方式。中国专利文献上公开了“一种石墨烯/铝合金复合材料的制备方法”，其公告号为CN10511A，该专利技术通过采用低温球磨和热挤压技术，将石墨烯较好的在铝合金基体中均匀分布，形成石墨烯/铝合金复合材料挤压棒材(或丝材)，再将其作为中间合金，加入到熔融的铝液中，改善了石墨烯在铝液中的分散性，提高了铝合金材料的强度、导电性等。但是，该专利技术的制备工艺复杂，生产效率低，不适合工业化生产，制约着铝合金复合材料的发展。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提出一种低热膨胀铝合金复合材料的制备方法，能有效的解决
技术介绍
中提出的问题，工艺简单，生产效率高，适合工业化生产；采用本专利技术的工艺制得的低热膨胀率铝合金复合材料，具有更高的抗拉强度、导热性和低热膨胀率，具有广阔的应用前景。本专利技术提供的具体解决方案包括如下步骤：(1)将石墨蠕虫或纳米碳粉体与去离子水混合均匀，以剪切速度≥9000转/秒的速度进行分散剥离，制得纳米碳浆料；(2)以铝粉、碳化硅粉、硅粉和镁粉为原料粉体，分散于聚硅氧烷溶液中，在真空状态下将原料粉体与聚硅氧烷溶液混合并球磨成为片状，制得铝箔浆料；(3)将步骤(1)得到的纳米碳浆料和步骤(2)得到的铝箔浆料装入密闭水冷压力反应釜中，通入丙烷气体并密封容器，缓慢搅拌混合均匀；(4)将步骤(3)得到的混合物以1℃/min的速率升温、以0.05MPa～0.2MPa的速率加压，当温度升高至90℃～150℃、压力提升至4～9MPa时，丙烷达到超临界流体状态；(5)将步骤(4)得到的混合物保持0.5hour～10hour，再以1℃/min～5℃/min的速率降温，或以0.02MPa～0.1MPa的速率降压，或同时降温降压，得到复合浆料；(6)将步骤(5)得到的复合浆料过滤，回收溶剂，真空干燥，得到低热膨胀率铝合金复合材料。可选地，所述步骤(1)中的石墨蠕虫的比表面积大于40m2/g；所述石墨蠕虫由可膨胀石墨加热至400～1100℃膨胀后得到；所述可膨胀石墨的膨胀倍数大于200。可选地，所述步骤(1)中的石墨蠕虫或纳米碳粉体与去离子水的质量比为(1～25)：100。可选地，所述步骤(1)中的纳米碳浆料的平均粒径小于40μm。可选地，所述步骤(2)中的原料粉体与聚硅氧烷溶液的质量比为(10～40)：100；所述铝粉、碳化硅粉、硅粉、镁粉的质量比为100：(1～40)：(1～20)：(1～25)；所述铝粉的直径为30～100μm。可选地，所述步骤(2)中采用搅拌球磨机将粉体复合球磨成为片状；研磨介质为氧化锆珠，所述氧化锆珠的直径为5～30mm，所述搅拌球磨机的转速为20～800rpm，搅拌温度控制在20～35℃，搅拌时间为1～20h；所述原料粉体与氧化锆珠的质量比为(1～40)：100。可选地，所述步骤(2)中铝箔浆料的比表面积大于5m2/g。可选地，所述步骤(3)中的纳米碳浆料和铝箔浆料固含量的质量比为(5～60)：100。可选地，所述步骤(6)的真空干燥的工艺为：用托盘将湿颗粒放在真空烘箱内干燥，蒸汽冷凝回收溶剂，升温到60℃保持2～5h，升温到80℃保持1～4h，升温到100℃保持1～2h，真空状态下降至室温方可将空气回流到真空烘箱，保持2h，得到干燥的低热膨胀率铝合金复合材料。可选地，一种低热膨胀率铝合金复合材料在铸造领域中的应用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：工艺简单，生产效率高，适合工业化生产；采用本专利技术的工艺制得的一种低热膨胀率铝合金复合材料，具有更高的抗拉强度、导热性和低热膨胀率，可以通过这种复合材料制备复杂结构形状的部件，具有广阔的应用前景。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，与说明书一起用于解释本专利技术的原理。为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一种低热膨胀率铝合金复合材料的生产工艺流程图。图2是本专利技术一种低热膨胀率铝合金复合材料的制备方法所用的装置的结构示意图。其中：1为第一进料管道；2为第二进料管道；3为第三进料管道；4为密闭水冷压力反应釜；5为搅拌驱动马达；6为真空泵；7为压力泵；8为第一冷却水入口；9为第二冷却水入口；10为釜底阀门。具体实施方式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，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1：参考图2所示，本专利技术提供了一种低热膨胀率铝合金复合材料的制备方法：(1)首先以膨胀倍数600倍70目可膨胀石墨为原材料，加入电加热管式炉，经700℃高温加热处理，得到高比表面积、高碳含量的石墨蠕虫，蠕虫的膨胀倍数约300倍，比表面积42m2/g。将一定量的石墨蠕虫通过进料孔加入密闭水冷压力反应釜4，再通过进料孔加入所需量的去离子水，石墨蠕虫与去离子水的质量比为10：100，先以速度5000rpm分散，时间100min，再进行高速分散剥离，分散转速9000rpm，时间为90min，通过第一冷却水入口和第二冷却水出口控制分散温度在25℃，达到平均粒径小于40μm的纳米碳浆料后打开釜底阀门10，使纳米碳浆料排出。(2)在密闭水冷压力反应釜4内，由进料孔装入聚硅氧烷溶剂，同时由进料孔加入铝粉、碳化硅粉、硅粉、镁粉为原料粉体，其中，铝粉、碳化硅粉、硅粉、镁粉的质量比为100：20：10：15，铝粉的直径为30μm，原料粉体与聚硅氧烷溶液的质量比为20：100，真空泵6工作，使得反应釜中维持在真空度为-0.2MP的真空状态下，由搅拌驱动马达5带动搅拌球磨机将粉体复合球磨成为片状，研磨介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低热膨胀率铝合金复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将石墨蠕虫或纳米碳粉体与去离子水混合均匀，以剪切速度≥9000转/秒的速度进行分散剥离，制得纳米碳浆料；/n(2)以铝粉、碳化硅粉、硅粉和镁粉为原料粉体，分散于聚硅氧烷溶液中，在真空状态下将原料粉体与聚硅氧烷溶液混合并球磨成为片状，制得铝箔浆料；/n(3)将步骤(1)得到的纳米碳浆料和步骤(2)得到的铝箔浆料装入密闭水冷压力反应釜中，通入丙烷气体并密封容器，缓慢搅拌混合均匀；/n(4)将步骤(3)得到的混合物以1℃/min的速率升温、以0.05MPa～0.2MPa的速率加压，当温度升高至90℃～150℃、压力提升至4～9MPa时，丙烷达到超临界流体状态；/n(5)将步骤(4)得到的混合物保持0.5hour～10hour，再以1℃/min～5℃/min的速率降温，或以0.02MPa～0.1MPa的速率降压，或同时降温降压，得到复合浆料；/n(6)将步骤(5)得到的复合浆料过滤，回收溶剂，真空干燥，得到低热膨胀率铝合金复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种低热膨胀率铝合金复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将石墨蠕虫或纳米碳粉体与去离子水混合均匀，以剪切速度≥9000转/秒的速度进行分散剥离，制得纳米碳浆料；
(2)以铝粉、碳化硅粉、硅粉和镁粉为原料粉体，分散于聚硅氧烷溶液中，在真空状态下将原料粉体与聚硅氧烷溶液混合并球磨成为片状，制得铝箔浆料；
(3)将步骤(1)得到的纳米碳浆料和步骤(2)得到的铝箔浆料装入密闭水冷压力反应釜中，通入丙烷气体并密封容器，缓慢搅拌混合均匀；
(4)将步骤(3)得到的混合物以1℃/min的速率升温、以0.05MPa～0.2MPa的速率加压，当温度升高至90℃～150℃、压力提升至4～9MPa时，丙烷达到超临界流体状态；
(5)将步骤(4)得到的混合物保持0.5hour～10hour，再以1℃/min～5℃/min的速率降温，或以0.02MPa～0.1MPa的速率降压，或同时降温降压，得到复合浆料；
(6)将步骤(5)得到的复合浆料过滤，回收溶剂，真空干燥，得到低热膨胀率铝合金复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种低热膨胀率铝合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的石墨蠕虫的比表面积大于40m2/g；所述石墨蠕虫由可膨胀石墨加热至400～1100℃膨胀后得到；所述可膨胀石墨的膨胀倍数大于200。


3.根据权利要求1所述的一种低热膨胀率铝合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的石墨蠕虫或纳米碳粉体与去离子水的质量比为(1～25)：100。


4.根据权利要求1所述的一种低热膨胀率铝合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙军鹏，
申请(专利权)人：西安融烯科技新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61