一种玄武岩纤维增强铝基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种玄武岩纤维增强铝基复合材料的制备方法及产品，以玄武岩纤维为增强材料，以Al粉为基体材料，采用球磨混粉及放电等离子烧结技术制得玄武岩纤维增强铝基复合材料。其中，微纳米化的玄武岩纤维在基体中起着显著的颗粒增强作用，使产品具有较高的机械性能，其维氏硬度为40～43HV，导热系数为101.3～178.5W

【技术实现步骤摘要】
一种玄武岩纤维增强铝基复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及金属复合材料领域，具体涉及玄武岩纤维增强铝基复合材料的制备方法，还涉及由该方法制得的产品和应用。

技术介绍

[0002]铝基复合材料因其质量轻、延展性和导热性能好而被广泛用于各行各业，成为当今最重要的轻质金属复合材料之一。随着交通运输、电子制造、建筑装饰等行业的飞速发展，对于具有更高机械性能和导热性能的铝基复合材料的需求日益增加，因此对于新型高性能铝基复合材料的研发迫在眉睫。目前，为增强铝基复合材料性能，市面上多采用添加陶瓷类(SiC等)、碳材料类(石墨烯等)、金属氧化物(ZnO、Al2O3)等增强相的方法，往往导致制造成本增加、不宜大规模生产、环境污染等问题。考虑到铝基复合材料在使用时的可靠性、经济性、环境性等因素，需要一种全新的增强材料。
[0003]玄武岩纤维(Basalt Fiber，BF)是一种新型、无机、环保、绿色、高性能增强材料，不仅机械强度高，还具有耐腐蚀、耐高温等多种优异性能。此外，在其生产过程中废弃物极少，对环境的污染小，产品废弃后可直接在环境中降解，无任何危害，因而被视为一种名副其实的环保材料。将BF用作铝基复合材料的增强相，不但能增强基体材料的各项性能(尤其是耐磨性)，还能显著降低制造成本以及减少环境污染。因此，BF增强铝基复合材料在相关领域具有巨大的商业价值及广泛的应用前景。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种玄武岩纤维增强铝基复合材料的制备方法，以BF为增强材料，以Al粉为基体材料，采用球磨混粉及放电等离子烧结技术制得玄武岩纤维增强铝基复合材料。本专利技术的目的之二在于提供由上述方法制得的玄武岩纤维增强铝基复合材料，该材料具有良好的机械性能、化学稳定性能。本专利技术的目的之三在于提供所述玄武岩纤维增强铝基材料在复合材料领域的应用，包括但不限于交通运输、建筑装饰领域。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]1、通过使用行星式球磨机球磨分散具有不同质量比的BF增强材料与Al粉；随后将混合粉末装入圆柱形石墨模具中，置于台式放电等离子烧结炉进行烧结；在真空环境下自然冷却后即可得玄武岩纤维增强铝基复合材料。
[0007]优选的，所述BF增强材料与Al粉的混合粉末由以下方法制备：将BF增强材料与工业Al粉的混合粉末，机械搅拌5～15min预混合后转移至行星式球磨机；其中BF的质量分数为0.2％～2％。
[0008]优选的，球磨工艺参数为球料比(磨机内研磨体的质量和被粉磨物料的质量之比)3：1～5：1、球磨时间1～3h、球磨速度200～500r/min。
[0009]优选的，台式放电等离子烧结炉参数为真空环境下，温度550～650℃，升温速率
100～150℃/min，保温时间5～10min，烧结时施加30～40MPa的轴向压力。
[0010]优选的，烧结后，在真空条件下自然冷却2～4h，即可得到具有不同性能的玄武岩纤维增强铝基材料产品。
[0011]2、由所述制备方法得到玄武岩纤维增强铝基复合材料的维氏硬度为40～43HV，导热系数为101.3～178.5W
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[0012]本专利技术中，玄武岩纤维增强铝基复合材料机械性能较原始铝材料显著增加，维氏硬度增加22％～32％，导热系数增加65.6％～197.5％。
[0013]3、所述玄武岩纤维增强铝基复合材料在交通运输、建筑装饰等领域的应用。
[0014]本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开了一种玄武岩纤维增强铝基复合材料。在制备过程中，BF增强材料被充分球磨为较小的微纳米材料，在基体中起着颗粒增强的作用。此时，BF颗粒与基体材料共同承担载荷并约束基体变形：在外载荷作用下，基体内位错滑移在基体与颗粒界面上受到阻滞，并在颗粒上产生应力集中，又由于BF材料本身优异的物化稳定性，不易被破坏，从而增强复合材料的整体性能。此外，与传统陶瓷、石墨烯、金属氧化物等增强材料相比，BF材料性价比高、产能大、绿色环保，从而使玄武岩纤维增强铝基复合材料具有较强的市场竞争力，在交通运输、电子制造、建筑装饰等领域具有巨大的应用潜能
附图说明
[0015]为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：
[0016]图1为玄武岩纤维增强铝基复合材料的制备流程图。
具体实施方式
[0017]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0018]实施例1
[0019]玄武岩纤维增强铝基复合材料，包含如下重量份的物质：100g工业铝粉与0.2g玄武岩纤维,玄武岩纤维增强材料的质量分数约为0.2％。
[0020](1)称取100gAl与0.2g BF，在机械搅拌器中预混合15min；
[0021](2)将上述混合粉末装入行星式球磨机，球磨工艺参数为球料比5：1、球磨时间1.5h、球磨速度300r/min，得到均匀混合粉体；
[0022](3)将上述均匀混合粉体装入台式放电等离子烧结炉的配套石墨模具，并进行烧结。烧结工艺参数为真空环境下，温度550℃，升温速率125℃min
‑1，保温时间8min，烧结时施加30MPa的轴向压力；
[0023](4)烧结过程结束后，自然冷却即可得到一种玄武岩纤维增强铝基复合材料。
[0024]实施例2
[0025]玄武岩纤维增强铝基复合材料，包含如下重量份的物质：100g工业铝粉与0.5g玄武岩纤维,玄武岩纤维增强材料的质量分数约为0.5％。
[0026](1)称取100gAl与0.5g BF，在机械搅拌器中预混合10min；
[0027](2)将上述混合粉末装入行星式球磨机，球磨工艺参数为球料比5：1、球磨时间
1.5h、球磨速度300r/min，得到均匀混合粉体；
[0028](3)将上述均匀混合粉体装入台式放电等离子烧结炉的配套石墨模具，并进行烧结。烧结工艺参数为真空环境下，温度550℃，升温速率125℃min
‑1，保温时间8min，烧结时施加30MPa的轴向压力；
[0029](4)烧结过程结束后，自然冷却即可得到一种玄武岩纤维增强铝基复合材料。
[0030]实施例3
[0031]玄武岩纤维增强铝基复合材料，包含如下重量份的物质：100g工业铝粉与1.0g玄武岩纤维,玄武岩纤维增强材料的质量分数约为1.0％。
[0032](1)称取100gAl与1.0g BF，在机械搅拌器中预混合5min；
[0033](2)将上述混合粉末装入行星式球磨机，球磨工艺参数为球料比5：1、球磨时间2h、球磨速度400r/min，得到均匀混合粉体；
[0034](3)将上述均匀混合粉体装入台式放电等离子烧结炉的配套石墨模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种玄武岩纤维增强铝基复合材料的制备方法及设备，其特征在于，制备方法如下：以玄武岩纤维为增强材料，以Al粉为基体材料，采用球磨混粉及放电等离子烧结技术制得玄武岩纤维增强铝基复合材料。2.根据权利要求1所述玄武岩纤维增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：所用玄武岩纤维的种类包括但不限于玄武岩纤维短切纱、玄武岩纤维膨体纱、玄武岩纤维无捻粗纱等。3.根据权利要求1所述玄武岩纤维增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：玄武岩纤维在复合材料中的质量比为0.2％～2％。4.根据权利要求1所述玄武岩纤维增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：球磨工艺参数为球料比3：1～5：1、球磨时间1～3h、球磨速度200～500r/min。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：董文胜，燕新国，
申请(专利权)人：重庆京宏源实业有限公司，
类型：发明
国别省市：