一种可构造SiCp/Al铝基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种可构造SiCp/Al铝基复合材料及其制备方法，该方法包括以下步骤：S1、将氧化的SiC颗粒与NiO

【技术实现步骤摘要】
一种可构造SiCp/Al铝基复合材料及其制备方法
本专利技术属于金属基复合材料制备
，具体涉及一种可构造SiCp/Al铝基复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着现代科学技术的迅速发展，人们对材料的要求越来越高，除了要求材料具有优异的力学性能和良好的综合性能外，还常常希望材料具有某些特殊性能。单一的金属、陶瓷、高分子等工程材料已难以满足这些性能要求。复合材料具有高比强度、高比模量、低膨胀、低密度等一系列优点。尤其金属基复合材料(MMCs)，既具有优异的力学性能，又具有导电、导热、耐磨损、尺寸稳定等一系列金属特性，是一种优良的结构材料。近年来电路的高度集成化和LED照明、显示技术的快速发展，其基片的强度、散热性和热稳定性逐渐不能满足使用，而SiCp/Al铝基复合材料具有良导热、低膨胀和高强度的特性，可以满足其要求。但是该材料的制备难度较高，由于SiCp的加入量不可控，且与铝合金基体的润湿性差，导致了制备的材料SiCp含量不可控、SiCp与铝合金基体结合度不可控，这将在很大程度上影响SiCp/Al铝基复合材料的金属特性，也就限制了其推广应用。因此，需要研究一种新的SiCp/Al铝基复合材料的制备方法，使得SiCp的含量、大小、分布可控；SiCp与铝合金基体结合度可控；铝合金基体形态大小分布可控。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种可构造SiCp/Al铝基复合材料及其制备方法，通过NiO2以及氧化的SiC颗粒，大大提高SiC颗粒和铝合金的润湿性；聚苯乙烯预发泡颗粒和水解的正硅酸乙酯可构造空隙率可控的SiC颗粒骨架，解决了现有制备方法存在的SiC颗粒的加入量不可控，且与铝合金基体的润湿性差，使得SiC颗粒含量不可控以及与铝合金的结合度不可控的问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下。一种可构造SiCp/Al铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将氧化的SiC颗粒与NiO2粉混合，形成涂料骨料；然后将涂料骨料与粘结剂、消泡剂、表面活性剂搅拌混合均匀，形成涂料；其中，NiO2粉的质量为氧化的SiC颗粒的质量的2～5％；S2、将S1的涂料与泡沫颗粒混合均匀，使得泡沫颗粒表面附着一层氧化后的SiC颗粒和NiO2粉，用筛网过滤后，放置模具型腔中，并压制成预制块；其中，涂料与泡沫颗粒的体积比为1:3～5；S3、将S2的预制块干燥固化后，在700～900℃下烧结2～3h，形成空心的SiC颗粒球形骨架预制块；S4、将铝合金液浇入模具型腔中，再将预热的预制块置于铝合金液上；或者将预热的预制块置于模具型腔中，再浇入铝合金液；然后通过压力浸渗法，制备得到可构造SiCp/Al铝基复合材料。进一步，S1中，氧化的SiC颗粒的制备过程如下：将SiC颗粒在1000～1300℃下氧化反应2～3h，使得SiC颗粒表面形成一层氧化层。更进一步，所述SiC颗粒的粒径为5～30μm。进一步，S1中，粘结剂为正硅酸乙酯和/或白乳胶，其中，白乳胶的质量为正硅酸乙酯的质量的0～3wt％；正硅酸乙酯与SiC颗粒的质量比为1:1～4。进一步，S1中，消泡剂的质量为粘结剂的质量的0.1～0.2wt％；表面活性剂的质量为粘结剂的质量的0.2～0.3wt％。进一步，S2中，所述泡沫颗粒的制备过程如下：向聚苯乙烯树脂珠粒中通蒸汽加热进行预发泡；其中，发泡后的泡沫颗粒的直径为0.1～2mm。进一步，压制成预制块的压力≤10MPa。进一步，S3中，干燥固化的温度为40～60℃，时间为5～8h。进一步，S4中，可构造SiCp/Al铝基复合材料的制备过程如下：S4.1、将S3的预制块置于电阻炉中加热至500～700℃，进行预热；S4.2、将模具预热至250～350℃；然后将铝合金液于720～750℃时浇入模具型腔中，再将S4.1预热后的预制块置于铝合金液上；或者将S4.1预热后的预制块置于预热的模具型腔中，再将铝合金液于720～750℃时浇入；S4.3、锁紧S4.2的模具型腔，在10～40MPa压力下保压至铝合金凝固，制备得到可构造SiCp/Al铝基复合材料。采用上述方法制备得到的可构造SiCp/Al铝基复合材料。本专利技术的有益效果：1、本专利技术通过高温氧化SiC颗粒，使得SiC颗粒表面形成一层SiO2氧化层；正硅酸乙酯水解后可以产生SiO2纤维凝胶和醇类，SiO2纤维凝胶可以大大提高涂层强度，Si(OCH2CH3)4+2H2O＝SiO2+4C2H5OH；且在压力浸渗过程中，Al与SiC颗粒表面的SiO2氧化层以及正硅酸乙酯水解后生成的SiO2纤维凝胶进行反应，保证了基体铝合金与SiC颗粒的润湿性，从而大大提高了铝合金基体与SiC颗粒的结合度。2Al+3SiO2→2AlO3+3Si。NiO2也可以进一步提高铝合金基体与SiC颗粒的润湿性，从而大大提高了基体铝合金与SiC颗粒的结合度。2、预制块在高温烧结过程中，能够去除泡沫、粘结剂等添加剂，去除的泡沫、粘结剂等添加剂后形成的碳与NiO2反应生成CO2和Ni，如下式所示：C+NiO2→CO2+Ni。这样有助于去除烧结后形成的碳，进而形成空心的SiC颗粒球形骨架预制块。3、本专利技术的方法可制备得到结构可控的SiCp/Al铝基复合材料，其中，SiC颗粒大小分布和含量可控、铝合金基体形态大小分布可控，其可控性主要通过SiC颗粒粒径和聚苯乙烯预发泡的泡沫颗粒粒径来控制。本专利技术的方法比传统的真空压力浸渗工艺简单，可规模化生产。4、本专利技术通过压力浸渗法制备可构造铝合金基体分布、形态分布的SiCp/Al铝基复合材料，其膨胀系数较低，热导率较高。附图说明图1为本专利技术实施例1～3的可构造SiCp/Al铝基复合材料的制备工艺流程图。图2为本专利技术实施例1～3采用的压力浸渗模具的结构示意图。图3为本专利技术实施例1～3制备的可构造SiCp/Al铝基复合材料的结构示意图。图中，1、顶紧部件；2、碳化硅预制件；3、铝合金液；4、加压部件；5、铝合金基体；6、碳化硅颗粒和铝合金基体(颗粒间隙内也有铝合金基体)。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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请参阅图1，一种可构造SiCp/Al铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、泡沫颗粒的制备向搅拌釜内通蒸汽预热，将聚苯乙烯树脂(EPS)珠粒加入预热后的搅拌釜中，然后通蒸汽加热，进行预发泡；其中，发泡后的泡沫颗粒的直径为0.1～2mm；S2、氧化SiC颗粒将SiC颗粒置于工业微波烧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可构造SiCp/Al铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、将氧化的SiC颗粒与NiO

【技术特征摘要】
1.一种可构造SiCp/Al铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将氧化的SiC颗粒与NiO2粉混合，形成涂料骨料；然后将涂料骨料与粘结剂、消泡剂、表面活性剂搅拌混合均匀，形成涂料；
其中，NiO2粉的质量为氧化的SiC颗粒的质量的2～5％；
S2、将S1的涂料与泡沫颗粒混合均匀，使得泡沫颗粒表面附着一层氧化后的SiC颗粒和NiO2粉，用筛网过滤后，放置模具型腔中，并压制成预制块；其中，涂料与泡沫颗粒的体积比为1:3～5；
S3、将S2的预制块干燥固化后，在700～900℃下烧结2～3h，形成空心的SiC颗粒球形骨架预制块；
S4、将铝合金液浇入模具型腔中，再将预热的预制块置于铝合金液上；或者将预热的预制块置于模具型腔中，再浇入铝合金液；然后通过压力浸渗法，制备得到可构造SiCp/Al铝基复合材料。


2.根据权利要求1所述的可构造SiCp/Al铝基复合材料的制备方法，其特征在于，S1中，氧化的SiC颗粒的制备过程如下：
将SiC颗粒在1000～1300℃下氧化反应2～3h，使得SiC颗粒表面形成一层氧化层。


3.根据权利要求2所述的可构造SiCp/Al铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述SiC颗粒的粒径为5～30μm。


4.根据权利要求1所述的可构造SiCp/Al铝基复合材料的制备方法，其特征在于，S1中，粘结剂为正硅酸乙酯和白乳胶，其中，白乳胶的质量为正硅酸乙酯的质量的0～3wt％；正硅酸乙酯与SiC颗粒的质量比为1:1～4。


5.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭永春，杨伟，李建平，夏峰，杨忠，马志军，段洪波，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61