一种纳米碳化硅和空心玻璃微珠混合增强多孔铝基复合材料的制备方法技术

一种纳米碳化硅和空心玻璃微珠混合增强多孔铝基复合材料的制备方法，涉及一种铝基复合材料的制备方法。为了解决空心玻璃微珠强度低、以及采用空心玻璃微珠制备的多孔铝基复合材料强度低和吸能效果差的问题。方法：称取空心玻璃微珠、碳化硅增强体、铝金属粉末和铝锭，将碳化硅增强体与空心玻璃微珠混合得到复合粉体，将干燥后的复合粉体与铝金属粉末进行混合得到混合粉体，混合粉体装填到石墨模具中得到预热的预制体；制备熔融的铝金属；最后液态铝浸渗。本发明专利技术通过将纳米碳化硅与空心玻璃微珠进行混合，碳化硅增强体可以均匀的覆盖在玻璃微珠表面，二者形成机械结合，提高了空心玻璃微珠的承载能力，使得复合材料具有较高的孔隙率。隙率。隙率。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米碳化硅和空心玻璃微珠混合增强多孔铝基复合材料的制备方法

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[0001]本专利技术涉及一种铝基复合材料的制备方法

技术介绍
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[0002]泡沫金属是一类含大量孔隙结构的金属材料，具有较大的孔隙率、比表面积、比强度、比刚度以及良好的吸能、减振降噪、隔热及屏蔽辐射等特性，在航空航天、石油化工、核能、建筑、汽车等行业具有巨大的应用前景。
[0003]泡沫铝作为泡沫金属的代表，是近年来具有广阔研究空间的一种新型多孔金属材料。泡沫铝轻质，高比强度，能在几乎不变的平台应力下持续变化而吸收能量，但由于泡沫铝强度、刚度不高，通常的研究方向是作为夹芯结构应用在具有抗冲击和吸声需求的各行业中。泡沫铝存在制备工艺相对复杂，成本难以控制，力学性能较低等问题。为了解决这一问题，研究学者以空心微珠作为“孔”成功制备得到铝基多孔复合材料，其力学性能较泡沫铝有了较大的提升。空心微珠作为填充物最早应用在高分子材料中，大量研究表明在橡塑材料中加入经过表面改性的空心微珠，可降低基体的密度，提高基体的刚度和强度，改善材料的尺寸稳定性和绝缘性，降低材料成本。与空心微珠增强环氧树脂多孔材料相比，空心微珠增强铝基复合材料的研究起步较晚，主要受限与空心玻璃微珠的壁厚较薄，因此制备工艺要求较高。空心玻璃微珠本身的强度不高，在制备过程中容易破碎，导致复合材料的性能损失。

技术实现思路
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[0004]本专利技术为了解决空心玻璃微珠强度低、以及采用空心玻璃微珠制备的多孔铝基复合材料强度低和吸能效果差的问题，提出了一种纳米碳化硅和空心玻璃微珠混合增强多孔铝基复合材料的制备方法。
[0005]本专利技术纳米碳化硅和空心玻璃微珠混合增强多孔铝基复合材料的制备方法按以下步骤进行：
[0006]一、称料
[0007]按体积分数称取20％～65％的空心玻璃微珠、0.5％～2％碳化硅增强体、0.5％～48％的铝金属粉末和30％～49％的铝锭；
[0008]所述碳化硅增强体为碳化硅纳米线或碳化硅晶须；
[0009]所述碳化硅纳米线的平均长度为5～20μm，平均直径为20～50nm；所述碳化硅晶须平均长度为5～10μm，平均直径为50～100nm；
[0010]所述空心玻璃微珠的平均粒径和铝金属粉末的平均粒径相同；
[0011]所述空心玻璃微珠的平均粒径和铝金属粉末的平均粒径为20～80μm，空心玻璃微珠的壁厚与半径比为0.043～0.064；
[0012]所述铝金属粉末和铝锭的材质相同；
[0013]所述铝金属粉末和铝锭的材质为纯铝或铝合金，铝合金为Al
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Si合金、Al
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Cu合金、Al
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Mg合金、Al
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Si
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Cu合金、Al
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Si
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Mg合金、Al
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Cu
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Mg合金、Al
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Zn
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Cu合金、Al
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Zn
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Mg
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Cu合金、Al
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Be合金、Al
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Li合金、Al
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Si
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Cu
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Mg合金中的一种或其中几种的组合；所述Al
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Si合金中Si的质量分数为0.5％～25％；所述Al
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Cu合金中Cu的质量分数为0.5％～53％；所述Al
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Mg合金中Mg的质量分数为0.5％～38％；Al
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Si
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Cu合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al
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Si
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Mg合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al
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Cu
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Mg合金中Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al
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Zn
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Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al
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Zn
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Mg
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Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Mg的质量分数为0.5％～38％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al
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Be合金中Be的质量分数为0.5％～20％；Al
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Li合金中Li的质量分数为0.5％～35％；Al
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Si
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Cu
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Mg合金Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％；
[0014]二、混料
[0015]将步骤一称取的碳化硅增强体与空心玻璃微珠在溶液中混合并进行磁力搅拌，或者将碳化硅增强体与空心玻璃微珠混合进行低速球磨，得到复合粉体，然后将复合粉体干燥，将干燥后的复合粉体与铝金属粉末进行混合，得到混合粉体；在溶液中混合进行磁力搅拌或混合进行低速球磨能够使碳化硅增强体均匀的分布在空心玻璃微珠表面；
[0016]所述溶液为酒精或水，磁力搅拌时搅拌速度为250rmp～500rpm，搅拌时间为6h～24h；
[0017]所述溶液的体积与碳化硅增强体和空心玻璃微珠的总质量的比为100mL：(1
‑
10)g；
[0018]所述低速球磨工艺为：球料比为5～10:1，转速为100rpm～200rpm，时间为2h～6h；
[0019]所述干燥温度为70℃～120℃，干燥时间为12h～36h；
[0020]三、预热：将步骤二得到的混合粉体装填到石墨模具中并振实，然后将模具移至加热炉中，将加热炉的温度从室温升温至550℃～650℃并保温，得到预热的预制体；在保护气氛下，将步骤一称取的铝锭加热至熔点以上50～400℃，得到熔融的铝金属；由于熔融温度较高，液压态铝的流动性较好，与空心玻璃微珠和碳化硅纳米线或晶须的润湿性能也得到改善，有利于后期复合材料制备；
[0021]所述保护气氛为氮气、氩气或氦气，所述保护气体的压力为0.1MPa～10MPa；
[0022]所述保温时间为2h～8h；
[0023]四、液态铝浸渗：将步骤三中得到的预热的预制体置于压力机台面上，将步骤三得到的熔融的铝金属倒入模具内的预制体上面，通过压力机施加压力进行浸渗，使熔融的铝金属浸渗到预制体的间隙中；浸渗后以15℃/min～45℃/min的速度进行冷却，冷却后脱模，得到铸锭，即完成；
[0024]所述通过压力机施加的压力为5MPa～25MPa；控制压力可以充分浸渗到空心玻璃微珠的微米间隙，同时不破坏空心玻璃微珠的空心结构。
[0025]本专利技术原理及有益效果为：
[0026]1、本专利技术是以空心玻璃微珠作为多孔材料的孔，空心玻璃微珠接近正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米碳化硅和空心玻璃微珠混合增强多孔铝基复合材料的制备方法，其特征在于：纳米碳化硅和空心玻璃微珠混合增强多孔铝基复合材料的制备方法按以下步骤进行：一、称料按体积分数称取20％～65％的空心玻璃微珠、0.5％～2％碳化硅增强体、0.5％～48％的铝金属粉末和30％～49％的铝锭；所述碳化硅增强体为碳化硅纳米线或碳化硅晶须；所述空心玻璃微珠的平均粒径和铝金属粉末的平均粒径相同；二、混料将步骤一称取的碳化硅增强体与空心玻璃微珠在溶液中混合并进行磁力搅拌，或者将碳化硅增强体与空心玻璃微珠混合进行低速球磨，得到复合粉体，然后将复合粉体干燥，将干燥后的复合粉体与铝金属粉末进行混合，得到混合粉体；所述溶液为酒精或水，磁力搅拌时搅拌速度为250rmp～500rpm，搅拌时间为6h～24h；所述溶液的体积与碳化硅增强体和空心玻璃微珠的总质量的比为100mL：(1
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10)g；所述低速球磨工艺为：球料比为5～10:1，转速为100rpm～200rpm，时间为2h～6h；三、预热：将步骤二得到的混合粉体装填到石墨模具中并振实，然后将模具移至加热炉中，将加热炉的温度从室温升温至550℃～650℃并保温，得到预热的预制体；在保护气氛下，将步骤一称取的铝锭加热至熔点以上50～400℃，得到熔融的铝金属；四、液态铝浸渗：将步骤三中得到的预热的预制体置于压力机台面上，将步骤三得到的熔融的铝金属倒入模具内的预制体上面，通过压力机施加压力进行浸渗，使熔融的铝金属浸渗到预制体的间隙中；浸渗后以15℃/min～45℃/min的速度进行冷却，冷却后脱模，得到铸锭，即完成。2.根据权利要求1所述的纳米碳化硅和空心玻璃微珠混合增强多孔铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一所述碳化硅纳米线的平均长度为5～20μm，平均直径为20～50nm；所述碳化硅晶须平均长度为5～10μm，平均直径为50～100nm。3.根据权利要求1所述的纳米碳化硅和空心玻璃微珠混合增强多孔铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一所述空心玻璃微珠的平均粒径和铝金属粉末的平均粒径为20～80μm，空心玻璃微珠的壁厚与半径比为0.043～0.064。4.根据权利要求1所述的纳米碳化硅和空心玻璃微珠混合增强多孔铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一所述铝金属粉末和铝锭的材质相同。5.根据权利要求1所述的纳米碳化硅和空心玻璃微珠混合增强多孔铝基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤一所述铝金属粉末和铝锭的材质为纯铝或铝合金，铝合金为Al
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Si合金、Al
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Cu合金、Al
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Mg合金、Al
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Si
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Cu合金、Al
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Si
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Mg合金、Al
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Cu
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Mg合金、Al
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Zn<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张强，孙凯，王智君，修子扬，姜龙涛，陈国钦，杨文澍，武高辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：