一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法技术

本申请提供一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法。其中该方法包括：S1、选取镁、硅、铍和铝依次通过熔炼、热轧、冷轧、固溶和时效处理，制成铝合金；S2、筛选碳化硅颗粒混合并干压制成坯体碳化硅，将所述坯体碳化硅放入马弗炉中对所述坯体碳化硅进行预氧化处理，获得碳化硅初成品；S3、对所述碳化硅初成品进行表面处理以在所述碳化硅初成品的表面形成过渡层，获得碳化硅成品；S4、将所述铝合金和碳化硅成品混合并进行无压浸渗处理，获得铝基碳化硅复合材料。本申请提供的制备方法，能够大幅提高铝与碳化硅之间的界面结合力，进而大幅提高铝基碳化硅复合材料的制备质量。

【技术实现步骤摘要】
一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法
本申请涉及材料
，特别涉及一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法。
技术介绍
铝基碳化硅复合材料(SiC/Al)是一种碳化硅颗粒增强的铝基复合材料，其兼具了铝合金密度低、导热好、性价比高和碳化硅比重小、强度高、热膨胀系数低等的优点，在航空航天、军事、精密仪器、电子封装、汽车、体育用品等领域有着十分广阔的应用前景。此外，由铝基碳化硅复合材料制成的预制件，质量稳定，能够大大降低机械加工的生产量，减少时间方面以及资金方面的投入，还有望在后续硅片或GaAs芯片的电子封装等各方面实现应用，发挥更为积极的价值。但是，目前市场上的铝基碳化硅复合材料还存在着增强体碳化硅颗粒与铝合金液两相之间的润湿性差和产生有害界面反应等的问题。这些问题会严重影响铝基碳化硅复合材料的性能。其一，增强体碳化硅颗粒与铝合金液两相之间的润湿性差会带来孔洞、孔隙增多等一系列问题，进而大大降低铝基碳化硅复合材料的力学性能和热学性能，浸润界面的低质量也不利于保障材料的热导率等；其二，假如界面位置存在反应层，此时材料的热导率会下降，可能存在的有害反应会让相关材料趋向于粉化，最后造成材料变脆、失效。目前铝基碳化硅复合材料一般采用粉末冶金法、挤压铸造法、压力浸渗法或无压浸渗法制备。其中，由于无压浸渗法的制备方式较为丰富、制备难度较低、制备成本较低、能够运用传统冶金设备开展后续的加工操作，同时也很容易批量化生产，采用无压浸渗法制备铝基碳化硅复合材料最为广泛。但由于铝表面的氧化膜非常致密，导致铝合金与碳化硅陶瓷骨架界面浸润性较差，形成的界面结合力较弱，复合材料整体力学性能仍达不到最优状态。以上问题限制了铝基碳化硅复合材料大批量的生产及推广应用，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供了一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法，以解决现有技术中存在的技术缺陷。本申请提供一种铝基碳化硅复合材料的制备方法，包括：S1、选取镁、硅、铍和铝依次通过熔炼、热轧、冷轧、固溶和时效处理，制成铝合金；S2、筛选碳化硅颗粒混合并干压制成坯体碳化硅，将所述坯体碳化硅放入马弗炉中对所述坯体碳化硅进行预氧化处理，获得碳化硅初成品；S3、对所述碳化硅初成品进行表面处理以在所述碳化硅初成品的表面形成过渡层，获得碳化硅成品；S4、将所述铝合金和碳化硅成品混合并进行无压浸渗处理，获得铝基碳化硅复合材料。进一步地，在S1中，镁的加入量为1-12质量份数，硅的加入量为5-10质量份数，铍的加入量为0.1-0.25质量份数，铝的加入量为77.75-93.9质量份数。进一步地，所述S2包括：筛选粒径范围为10-100μm的碳化硅颗粒，将筛选后的碳化硅颗粒混合后干压制成坯体碳化硅，将所述坯体碳化硅进行预氧化处理，获得碳化硅成品。进一步地，所述过渡层为碳化硅-钛铝合金过渡层。进一步地，所述S3，包括：对所述碳化硅初成品进行表面热浸钛铝合金处理以在所述碳化硅初成品的表面形成碳化硅-钛铝合金过渡层，获得碳化硅成品。进一步地，所述钛铝合金包括以下重量份数的组分：铝38-42份、铌1.5-2.5份、钛55.5-60.5份。进一步地，所述S4包括：在850-1000℃的氮气氛围中将所述铝合金和碳化硅成品混合并进行2-4小时的无压浸渗处理，获得铝基碳化硅复合材料。本申请还提供一种铝基碳化硅复合材料，所述铝基碳化硅复合材料通过如上所述的制备方法制备得到。进一步地，所述铝基碳化硅复合材料包括以下重量份数的组分：铝合金50-60份，碳化硅40-50份，钛铝合金0.5-3份。本申请提供的铝基碳化硅复合材料的制备方法，通过对碳化硅初成品进行表面处理在碳化硅初成品的表面形成过渡层，获得碳化硅成品，再将铝合金和碳化硅成品混合并进行无压浸渗处理，获得铝基碳化硅复合材料，碳化硅成品表面的过渡层能够促进铝与碳化硅之间产生反应，大幅提高铝与碳化硅之间的界面结合力，进而大幅提高铝基碳化硅复合材料的制备质量。本申请提供的铝基碳化硅复合材料，其中的铝与碳化硅的界面结合力强，进而使该材料的力学性能和抗冲击性能极为优异。附图说明图1是本申请一实施例所述铝基碳化硅复合材料的制备方法的步骤流程图；图2是本申请一实施例所述碳化硅颗粒制备工艺流程图；图3是本申请一实施例所述铝基碳化硅复合材料的截面图；图4是本申请一实施例所述铝基碳化硅复合材料的线扫描图；图5是本申请一实施例所述铝基碳化硅复合材料的抗弯强度对比图；图6是本申请一实施例所述铝基碳化硅复合材料的断裂韧性对比图。具体实施方式下面结合附图对本申请的具体实施方式进行描述。在本专利技术中，除非另有说明，否则本文中使用的科学和技术名词具有本领域技术人员所通常理解的含义。并且，本文中所用的试剂、材料和操作步骤均为相应领域内广泛使用的试剂、材料和常规步骤。实施例1如图1所示，本实施例提供一种铝基碳化硅复合材料的制备方法，包括步骤S1至步骤S4。S1、选取镁、硅、铍和铝依次通过熔炼、热轧、冷轧、固溶和时效处理，制成铝合金。其中，镁的加入量优选为1-12质量份数，具体可以为2份、4份、5份、6份、8份、10份等；硅的加入量优选为5-10质量份数，具体可以为5份、6份、7份、8份、9份、10份等；铍的加入量优选为0.1-0.25质量份数，具体可以为0.12份、0.15份、0.18份、0.2份、0.22份、0.25份等；铝的加入量优选为77.75-93.9质量份数，具体可以为80份、82份、85份、88份、90份等，本申请对此不做限制。需要说明的是，本实施例中各组分的含量并不是随意界定的，而是基于大量的理论研究和试验结果确定的，特别是铝合金中铍的含量，铍的含量对合金的性能具有尤为显著的影响。其一，合金强度往往随铍含量的增加而增加；其二，合金的电导率和热导率会随着铍含量的增加而降低；其三，铍价格昂贵且具有毒性，铍含量过高会大幅提高生产成本，增大产品加工、热处理等工艺的难度，因此，如何找寻合金性能与铍含量的平衡点，在提高合金性能的基础上尽量降低铍含量尤为重要。而在铍的质量份数为0.1-0.25份，即其占铝合金的0.1％-0.25％的情况下，能够达到合金性能与铍含量的平衡。铍含量较低，成本低，工艺难度小，合金强度高、硬度高、导电性高、弹性高、性能优越。在实际应用中，熔炼、热轧、冷轧、固溶和时效处理的过程具体为：熔炼：将铝加入至熔化炉内，升温至650-700℃，待铝完全融化后，依次加入镁、硅、铍，冷却后得到铝合金初成品。热轧：将所述铝合金初成品在300-500℃下进行热轧。冷轧：将热轧后的铝合金初成品冷却至室温并进行冷轧。固溶：在500-600℃下对冷轧后的铝合金初成品进行时长不低于1分钟的固溶热处理，随后以大于10℃/min的速度进行冷却。时效：在1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝基碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括：/nS1、选取镁、硅、铍和铝依次通过熔炼、热轧、冷轧、固溶和时效处理，制成铝合金；/nS2、筛选碳化硅颗粒混合并干压制成坯体碳化硅，将所述坯体碳化硅放入马弗炉中对所述坯体碳化硅进行预氧化处理，获得碳化硅初成品；/nS3、对所述碳化硅初成品进行表面处理以在所述碳化硅初成品的表面形成过渡层，获得碳化硅成品；/nS4、将所述铝合金和碳化硅成品混合并进行无压浸渗处理，获得铝基碳化硅复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种铝基碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
S1、选取镁、硅、铍和铝依次通过熔炼、热轧、冷轧、固溶和时效处理，制成铝合金；
S2、筛选碳化硅颗粒混合并干压制成坯体碳化硅，将所述坯体碳化硅放入马弗炉中对所述坯体碳化硅进行预氧化处理，获得碳化硅初成品；
S3、对所述碳化硅初成品进行表面处理以在所述碳化硅初成品的表面形成过渡层，获得碳化硅成品；
S4、将所述铝合金和碳化硅成品混合并进行无压浸渗处理，获得铝基碳化硅复合材料。


2.根据权利要求1所述的铝基碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，
在S1中，镁的加入量为1-12质量份数，硅的加入量为5-10质量份数，铍的加入量为0.1-0.25质量份数，铝的加入量为77.75-93.9质量份数。


3.根据权利要求1所述的铝基碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述S2包括：
筛选粒径范围为10-100μm的碳化硅颗粒，将筛选后的碳化硅颗粒混合后干压制成坯体碳化硅，将所述坯体碳化硅进行预氧化处理，获得碳化硅成品。


4.根据权利要求1所述的铝基碳化硅复合材料的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秋元，沈伟，王峰，贺智勇，张启富，
申请(专利权)人：北京钢研新冶精特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11