一种铝-碳化硼复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铝

【技术实现步骤摘要】
一种铝
‑
碳化硼复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及陶瓷制备
，具体涉及一种铝
‑
碳化硼复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]碳化硼陶瓷是一种具有优良性能的特种陶瓷，如高熔点、高硬度、低密度、耐磨性好、耐酸碱性强等特点，但由于其烧结温度过高、难以致密化及韧性低等缺点，限制了它在工业上的广泛应用。
[0003]近年来，铝
‑
碳化硼复合材料的研究较为广泛，因为铝原料来源广泛，价格便宜，与碳化硼复合后的材料具有轻质、高强、高韧的特点，而且还能解决碳化硼陶瓷烧结温度过高、难以致密化及韧性低等问题。但是铝
‑
碳化硼复合材料仍存在抗机械冲击性能差，导热性差，耐热应力变化能力差的缺点，此外，由于铝和碳化硼在复合过程中铝和碳化硼之间的界面极易在挤压过程中形成应力集中，这会导致铝
‑
碳化硼复合材料内部形成大量的缺陷，从而导致机械强度低，目前最常用的解决方法主要是对碳化硼进行表面活化后在进行复合以解决应力集中导致的机械强度的问题，但是经过表面活化后的碳化硼颗粒表面活性增加，在烧结中极易出现碳化硼颗粒团聚问题，导致制备的铝
‑
碳化硼复合材料的抗机械冲击性和导热性的进一步降低，而且只通过表面活化并不能解决铝
‑
碳化硼复合材料仍存在抗机械冲击性能差，导热性差，耐热应力变化能力差的问题。因此，研发一种铝
‑
碳化硼复合材料的制备方法，在提高抗机械冲击性能，导热性，耐热应力变化能力的同时，减少铝
‑
碳化硼复合材料在复合过程中的内部缺陷，提高机械强度，是目前急需解决的问题。
[0004]专利CN103572087B公开了碳化硼颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，该复合材料以铝合金作为基体，用作增强相的碳化硼的质量分数为2.5
‑
30%，碳化硼颗粒在基体中均匀分布；其具体制备方法为将碳化硼粉末和铝合金粉末混料，并通过表面活化、等离子活化烧结和热处理，制备出接近全致密的烧结试样；该专利的不足：通过表面活化后的碳化硼颗粒在烧结过程中容易团聚。
[0005]专利CN105483487B公开了一种含锆的碳化硼
‑
铝合金复合材料及其制备方法，该专利技术所设计的含锆的碳化硼
‑
铝合金复合材料由碳化硼基体和含锆铝合金构成，通过采用粉末烧结方法制备多孔碳化硼基体，然后将熔融的含锆铝合金溶渗进入多孔碳化硼基体制成致密的复合材料；该专利的不足：制备的含锆的碳化硼
‑
铝合金复合材料抗机械冲击性能差，导热性差，耐热应力变化能力差。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种铝
‑
碳化硼复合材料的制备方法，能够在提高抗机械冲击性能，导热性，耐热应力变化能力的同时，减少铝
‑
碳化硼复合材料在复合过程中的内部缺陷，提高机械强度。
[0007]为解决以上技术问题，本专利技术采取的技术方案如下：一种铝
‑
碳化硼复合材料的制备方法，包括制备混合粉，制备浆料，浆料干燥，压
制，烧结，碳化硼陶瓷改性，制备铝
‑
碳化硼复合材料。
[0008]所述制备混合粉，将碳化硼粉体，碳化硅粉体，氧化铝粉体，二氧化硅粉体混合均匀后置于离心式纳米研磨机中进行纳米分散研磨2
‑
3h，得到粒径为40
‑
60nm的初级混合粉；然后将初级混合粉置于电晕处理机内进行表面电晕处理，所述电晕处理机内的电压为150
‑
180kV；电晕处理时间为20
‑
30min，电晕处理结束得到混合粉。
[0009]其中，碳化硼粉体，碳化硅粉体，氧化铝粉体，二氧化硅粉体的质量比为40
‑
45：8
‑
10：5
‑
8：2
‑
3。
[0010]所述碳化硼粉体的纯度为98.5
‑
99.5%。
[0011]所述碳化硅粉体的纯度为98
‑
99%。
[0012]所述制备浆料，将混合粉，醇溶性酚醛树脂，聚二烯丙基二甲基氯化铵，预糊化淀粉，无水乙醇置于均质反应釜中进行均质，控制均质反应釜的温度为50
‑
55℃，均质速度为5000
‑
6000rpm，均质时间为10
‑
15min，均质结束后得到初级浆料，然后使用频率为0.4
‑
0.6MHz，强度为80
‑
90W/cm2的超声波照射对初级浆料进行照射，照射15
‑
18min后得到浆料。
[0013]所述二烯丙基二甲基氯化铵的固含量为40%。
[0014]其中，混合粉，醇溶性酚醛树脂，聚二烯丙基二甲基氯化铵，预糊化淀粉，无水乙醇的质量比为30
‑
35：45
‑
50：2
‑
5：3
‑
5：100
‑
110。
[0015]所述浆料干燥，将浆料置于真空喷雾塔中进行真空喷雾干燥，控制真空喷雾塔的进风口温度为105
‑
110℃，出风口温度为75
‑
80℃，真空度为60
‑
80Pa，真空喷雾干燥结束得到原料粉。
[0016]所述压制，将原料粉装入冷等静压机中进行成型，以0.15
‑
0.2MPa/s的加压速率加压至18
‑
20MPa，保压10
‑
15min后以0.15
‑
0.2MPa/s的降压速率进行泄压，泄压结束得到坯体。
[0017]所述烧结，将坯体置于真空烧结炉中，控制真空烧结炉的真空度为30
‑
40Pa，然后以2
‑
3℃/min的升温速度升温至1500
‑
1600℃，在1500
‑
1600℃下烧结1
‑
1.5h，然后以1.5
‑
2℃/min的升温速度继续升温至2100
‑
2200℃，在2100
‑
2200℃下烧结1
‑
1.5h，得到碳化硼陶瓷。
[0018]所述碳化硼陶瓷改性，将碳化硼陶瓷置于渗氧炉中，将渗氧炉抽真空至真空度为30
‑
40Pa后通入纯度为99.9
‑
99.99%的氧气，控制渗氧炉内氧气的气体压力为10
‑
20KPa，然后以3
‑
4℃/min的升温速率将渗氧炉内的渗氧温度提高到600
‑
650℃，然后在600
‑
650℃下保温40
‑
50min，然后以3
‑
4℃/min的降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝
‑
碳化硼复合材料的制备方法，其特征在于，包括制备混合粉，制备浆料，浆料干燥，压制，烧结，碳化硼陶瓷改性，制备铝
‑
碳化硼复合材料；所述制备混合粉，将碳化硼粉体，碳化硅粉体，氧化铝粉体，二氧化硅粉体混合均匀后置于离心式纳米研磨机中进行纳米分散研磨2
‑
3h，得到粒径为40
‑
60nm的初级混合粉；然后将初级混合粉置于电晕处理机内进行表面电晕处理，所述电晕处理机内的电压为150
‑
180kV；电晕处理时间为20
‑
30min，电晕处理结束得到混合粉；所述制备浆料，将混合粉，醇溶性酚醛树脂，聚二烯丙基二甲基氯化铵，预糊化淀粉，无水乙醇置于均质反应釜中进行均质，控制均质反应釜的温度为50
‑
55℃，均质速度为5000
‑
6000rpm，均质时间为10
‑
15min，均质结束后得到初级浆料，然后使用频率为0.4
‑
0.6MHz，强度为80
‑
90W/cm2的超声波照射对初级浆料进行照射，照射15
‑
18min后得到浆料。2.根据权利要求1所述的铝
‑
碳化硼复合材料的制备方法，其特征在于，碳化硼粉体，碳化硅粉体，氧化铝粉体，二氧化硅粉体的质量比为40
‑
45：8
‑
10：5
‑
8：2
‑
3。3.根据权利要求1所述的铝
‑
碳化硼复合材料的制备方法，其特征在于，混合粉，醇溶性酚醛树脂，聚二烯丙基二甲基氯化铵，预糊化淀粉，无水乙醇的质量比为30
‑
35：45
‑
50：2
‑
5：3
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5：100
‑
110。4.根据权利要求1所述的铝
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碳化硼复合材料的制备方法，其特征在于，所述浆料干燥，将浆料置于真空喷雾塔中进行真空喷雾干燥，控制真空喷雾塔的进风口温度为105
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110℃，出风口温度为75
‑
80℃，真空度为60
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80Pa，真空喷雾干燥结束得到原料粉。5.根据权利要求1所述的铝
‑
碳化硼复合材料的制备方法，其特征在于，所述压制，将原料粉装入冷等静压机中进行成型，以0.15
‑
0.2MPa/s的加压速率加压至18
‑
20MPa，保压10
‑
15min后以0.15
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【专利技术属性】
技术研发人员：王汝江，于海培，董世昌，张东东，
申请(专利权)人：山东金鸿新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：