一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于铝基碳化硅复合材料相关技术领域，其公开了一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法，步骤如下：(1)将碳化硅复合材料坯体进行固化，以获得多孔碳化硅/碳坯体；(2)将多孔碳化硅/碳坯体进行反应烧结；(3)将多孔碳化硅坯体进行碳化硅增密处理，使得多孔碳化硅坯体的孔隙率在预定范围内，以获得多孔碳化硅预制体；(4)将多孔碳化硅预制体进行溶胶凝胶界面改性；(5)将改性后的多孔碳化硅预制体进行铝合金浸渗，多孔碳化硅预制体内部的孔隙被铝合金液填充，以获得预定铝合金体积分数的铝基碳化硅复合材料。通过此方法可以获得碳化硅

【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


[0001]本专利技术属于铝基碳化硅复合材料相关
，更具体地，涉及一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝基碳化硅复合材料具有低密度、高导热、高强度、良好的热稳定性和耐磨性等特点，在航空航天、汽车、船舶等重要领域应用广泛。铝基碳化硅综合了铝合金和碳化硅的优点，兼具金属的高韧性、高塑性和碳化硅的高硬度、高模量优点，铝基碳化硅复合材料的密度一般为钢的1/3，但强度要高于纯铝和中碳钢，且耐磨性好，可在300℃～350℃的高温下稳定工作。目前，铝基碳化硅复合材料的传统制备方法包括压力铸造法、喷射共沉淀法、液态法及半固态搅熔复合法等，这些方法理论上可制备颗粒分布均一的各向同性铝基碳化硅复合材料。但随着科技快速发展，各个领域对铝基碳化硅复杂异形构件的需求越来越高，然而通过传统方法制备的铝基碳化硅材料仍需要通过二次机械加工得到所需的产品，从而增加了制造成本。而且采用传统成形方法，某些复杂异形铝基碳化硅复合材料构件很难甚至无法整体制备。
[0003]增材制造技术无需模具，通过三维模型数据即可成形复杂结构，是目前实现复杂构件整体化、轻量化、复杂化成形的有效途径。申请号为201810333525.5的专利公开了一种制备高性能铝基碳化的方法，该方法对碳化硅粉体进行表面偶联改性和铝纳米壳包覆后获得复合粉末，经压制后获得铝基碳化硅，该方法的问题在于无法成形复杂结构，需要二次机加工得到铝基碳化硅构件，碳化硅硬度高，对刀具磨损较大。为此，现有技术中已经提出了一些基于增材制造技术的铝基碳化硅复合材料制备方案。例如申请号为201910011326.7的专利公开了一种激光选区烧结制备SiC/Al复合材料结构件方法，采用气雾化制粉法，实现铝合金液体对改性碳化硅粉体的均一包覆，从而获得粒度均匀分布的铝合金包覆碳化硅复合粉体，并在惰性气体保护下通过激光选区烧结成形获得铝基碳化硅复合材料，该方法的问题在于铝合金对激光反射率较高，甚至无法成形致密度较高的复合材料构件，特别是无法制备成形高体积分数的碳化硅增强铝基复合材料。申请号为201910579799.7的专利公开了一种用于增材制造的陶瓷
‑
铝复合材料、制备方法及陶瓷
‑
铝复合材料结构件增材制造方法，采用静电组装法使带负电的纳米陶瓷粉稳定吸附在带正电的铝合金粉体上，并通过激光选区熔化成形获得陶瓷
‑
铝复合材料，该方法虽然避免了激光直接被铝合金反射，但表面的纳米陶瓷粉会阻碍铝合金间的有效接触，且陶瓷粉熔点较高，从而无法在激光作用下使铝合金熔融结合。上述两种方法只能制备低体积分数的碳化硅增强铝基复合材料，限制了铝基碳化硅复合材料的应用范围。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法，可以实现铝基碳化硅复合材料的材料体系调控，也可实现复杂结构的一体化
成形，较好地解决了传统制备方法存在的复杂构件难甚至无法成形的问题，同时还可以解决现有增材制造方法中材料制备流程复杂、坯体成形困难的问题；同时，所述方法可以制备高/低体积分数的碳化硅增强铝基复合材料，实现小型高精度、大型一体化复杂铝基碳化硅构件的制备，可根据不同需求制造相应铝基碳化硅产品，具有广泛的应用前景。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种铝基碳化硅复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0006](1)选取碳化硅材料为基体材料、碳材料为辅料、树脂为粘结剂，采用增材制造技术成形所需结构的碳化硅复合材料坯体；
[0007](2)将所述碳化硅复合材料坯体在600℃～1000℃下进行固化，以获得多孔碳化硅/碳坯体；
[0008](3)将所述多孔碳化硅/碳坯体进行反应烧结，使得多孔碳化硅/碳坯体中的碳与硅反应生成多孔碳化硅坯体；
[0009](4)将所述多孔碳化硅坯体进行碳化硅增密处理，使得多孔碳化硅坯体的孔隙率在预定范围内，以获得多孔碳化硅预制体；
[0010](5)将所述多孔碳化硅预制体进行溶胶凝胶界面改性，以改善多孔碳化硅预制体与铝合金间的界面相容性；
[0011](6)将改性后的多孔碳化硅预制体进行铝合金浸渗，多孔碳化硅预制体内部的孔隙被铝合金液填充，以获得预定铝合金体积分数的铝基碳化硅复合材料。
[0012]进一步地，所述反应烧结采用液相渗硅或气相渗硅；所述碳化硅增密处理采用化学气相渗透或先驱体浸渍裂解；所述铝合金液浸渗采用无压熔渗、真空熔渗或压力熔渗。
[0013]进一步地，所述碳化硅材料为碳化硅微粉、短切碳化硅纤维、碳化硅晶须和碳化硅纳米线中的一种或几种；所述碳材料为球状石墨、片状石墨、金刚石微粉、石墨烯和碳纤维中的一种或几种；所述树脂为环氧树脂粉末、酚醛树脂粉末、尼龙粉末、液态酚醛树脂或者液态光敏树脂。
[0014]进一步地，步骤(1)中，所述碳化硅材料、所述碳材料及所述树脂的份数分别为55～85份、5～25份、10～20份。
[0015]进一步地，所述增材制造技术为立体光固化、粉末床熔融、材料挤出、定向能量沉积、粘接剂喷射或者薄材叠层。
[0016]进一步地，所述多孔碳化硅/碳坯体的孔隙率为60％～65％。
[0017]进一步地，步骤(3)中，所述反应烧结采用气相渗硅，所述气相渗硅在真空或保护性气氛下进行，所述保护性气氛为氮气、氩气和氦气中的一种或几种，所述真空度为～100Pa，气相渗硅温度为1550℃～1700℃，气相渗硅升温速率为5℃/min～15℃/min，气相渗硅时间为0.5h～5h。
[0018]进一步地，所述多孔碳化硅预制体的孔隙率为30％～65％。
[0019]进一步地，步骤(5)中，将所述多孔碳化硅预制体放入浓度为10％～30％的硅溶胶中，在真空条件下浸渍15min～60min，然后将浸渍硅溶胶的多孔碳化硅预制体置于马弗炉中，加热至600℃～1200℃，保温30min～120min。
[0020]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种铝基碳化硅复合材料，该铝基碳化硅复合材料是采用如上所述的铝基碳化硅复合材料的制备方法制备而成的。
[0021]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的铝基碳化硅复合材料及其制备方法主要具有以下有益效果：
[0022]1.本专利技术通过化学气相渗透或先驱体浸渍裂解可以调节多孔碳化硅坯体的孔隙率，从而获得所需体积分数的多孔碳化硅预制体。
[0023]2.本专利技术通过溶胶凝胶法改善碳化硅预制体的表面，从而消除铝合金和碳化硅间的不良界面反应，以提升铝基碳化硅复合材料的界面结合强度。
[0024]3.本专利技术通过多孔碳化硅预制体的孔隙率定量计算铝合金锭/颗粒质量，可以通过渗铝一次获得铝基碳化硅产品，尽可能减少后处理过程。
[0025]4.本专利技术提供的基于增材制造技术的铝基碳化硅复合材料的制备方法具有铝和碳化硅比例可调、铝和碳化硅分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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，该制备方法包括以下步骤：(1)选取碳化硅材料为基体材料、碳材料为辅料、树脂为粘结剂，采用增材制造技术成形所需结构的碳化硅复合材料坯体；(2)将所述碳化硅复合材料坯体在600℃～1000℃下进行固化，以获得多孔碳化硅/碳坯体；(3)将所述多孔碳化硅/碳坯体进行反应烧结，使得多孔碳化硅/碳坯体中的碳与硅反应生成多孔碳化硅坯体；(4)将所述多孔碳化硅坯体进行碳化硅增密处理，使得多孔碳化硅坯体的孔隙率在预定范围内，以获得多孔碳化硅预制体；(5)将所述多孔碳化硅预制体进行溶胶凝胶界面改性，以改善多孔碳化硅预制体与铝合金间的界面相容性；(6)将改性后的多孔碳化硅预制体进行铝合金浸渗，多孔碳化硅预制体内部的孔隙被铝合金液填充，以获得预定铝合金体积分数的铝基碳化硅复合材料。2.如权利要求1所述的铝基碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于：所述反应烧结采用液相渗硅或气相渗硅；所述碳化硅增密处理采用化学气相渗透或先驱体浸渍裂解；所述铝合金液浸渗采用无压熔渗、真空熔渗或压力熔渗。3.如权利要求1所述的铝基碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于：所述碳化硅材料为碳化硅微粉、短切碳化硅纤维、碳化硅晶须和碳化硅纳米线中的一种或几种；所述碳材料为球状石墨、片状石墨、金刚石微粉、石墨烯和碳纤维中的一种或几种；所述树脂为环氧树脂粉末、酚醛树脂粉末、尼龙粉末、液态酚醛树脂或者液态光敏树脂。4.如权利要求1所述的铝基碳化硅复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述碳化硅材料、...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫春泽，王长顺，刘桂宙，杨潇，史玉升，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：