一种液相分散法制备纳米碳化硼增强铝基复合材料的方法技术

一种液相分散法制备纳米碳化硼增强铝基复合材料的方法，本发明专利技术属于复合材料技术领域，具体涉及一种液相分散法制备纳米碳化硼增强铝基复合材料的方法。本发明专利技术是要解决现有的纳米碳化硼增强铝基复合材料制备方法纳米碳化硼团聚，界面反应严重的问题。方法：用硅烷偶联剂对纳米碳化硼和铝合金粉末表面改性，将改性后的粉末加入有机溶剂中混合、分散、抽滤、清洗、干燥，然后压制成预制体，浇入铝合金溶液浸渗得到复合材料。本发明专利技术制备的纳米复合材料颗粒分散均匀，界面反应产物大大减少，而且工艺简单，成本低，提高了压力浸渗的成品率。本发明专利技术适用于制备纳米碳化硼增强铝基复合材料。适用于制备纳米碳化硼增强铝基复合材料。适用于制备纳米碳化硼增强铝基复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种液相分散法制备纳米碳化硼增强铝基复合材料的方法


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种液相分散法制备纳米碳化硼增强铝基复合材料的方法。

技术介绍

[0002]碳化硼增强铝基复合材料比强度高、耐磨性好、耐腐蚀性强，且中子吸收截面大，吸收中子后不产生二次辐射，能够应用于飞机蒙皮、直升机螺旋桨、汽车车壳、火车车身、乏燃料储存容器等，对国防军事、交通运输等领域的发展有重要意义，是代替铝合金的理想材料。随着科技的进步与发展，对碳化硼增强铝基复合材料的性能提出了更高的要求。
[0003]使用纳米碳化硼颗粒作为增强体能够进一步提高复合材料的强度和塑性。但由于纳米级颗粒的比表面积大，表面能高，为了降低表面能，纳米颗粒倾向于团聚形成二次颗粒以及三次颗粒。同时，由于纳米颗粒的量子隧道效应、电荷转移和界面原子的相互耦合，纳米颗粒极容易通过界面发生相互作用，进一步加强了团聚。
[0004]由于纳米颗粒的团聚效应，采用传统的粉末冶金工艺制备的纳米碳化硼增强铝基复合材料中纳米碳化硼颗粒难以均匀分布，团聚的颗粒将作为材料缺陷导致复合材料强度和塑性的下降；因此现有技术采用超声
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搅拌铸造的方法由于铝合金熔体具有一定的流动性，通过施加磁场搅拌和超声分散可以提高纳米碳化硼颗粒分布的均匀性；但由于纳米碳化硼颗粒与铝合金熔体之间的润湿性较差，以及铝合金熔体流动性有限，纳米碳化硼颗粒在铝合金熔体中的运动阻力较大，导致纳米碳化硼颗粒仍然存在团聚现象。同时，在高于铝合金熔点的高温下长时间搅拌和超声，将导致纳米碳化硼颗粒和铝合金熔体发生严重的界面反应，对复合材料的性能造成不利影响。因此，需要一种新的纳米碳化硼增强铝基复合材料制备方法，使得纳米碳化硼颗粒分布均匀的同时减轻界面反应。

技术实现思路

[0005]本专利技术是要解决现有的纳米碳化硼增强铝基复合材料制备方法纳米碳化硼团聚，界面反应严重的问题，而提供一种液相分散法制备纳米碳化硼增强铝基复合材料的方法。
[0006]本专利技术一种液相分散法制备纳米碳化硼增强铝基复合材料的方法是按以下步骤进行：
[0007]一、配制硅烷偶联剂稀溶液：将硅烷偶联剂、去离子水和无水乙醇混合搅拌均匀，得到硅烷偶联剂稀溶液；
[0008]二、纳米碳化硼粉和铝合金粉表面改性：取两份硅烷偶联剂稀溶液，将纳米碳化硼粉加入到一份硅烷偶联剂稀溶液中水浴搅拌，得到纳米碳化硼粉改性溶液，对纳米碳化硼粉改性溶液进行抽滤得到表面改性纳米碳化硼粉；将铝合金粉加入到另一份硅烷偶联剂稀溶液中水浴搅拌，得到铝合金粉改性溶液，对铝合金粉改性溶液进行抽滤得到表面改性铝合金粉；
[0009]三、纳米碳化硼粉和铝合金粉液相分散：将表面改性纳米碳化硼粉和表面改性铝
合金粉加入到有机溶剂中，超声分散，得到混合液，对混合液进行抽滤，然后清洗、干燥，得到混合粉末；
[0010]四、混合粉末铝液浸渗：将混合粉末装入钢模具中，然后施加压力预成型，得到装有预制体的模具；将铝合金熔体浇入装有预制体的模具中，施加压力进行浸渗，然后自然冷却至室温，脱模后得到纳米碳化硼增强铝基复合材料。
[0011]本专利技术的有益效果是：
[0012]1.本专利技术利用硅烷偶联剂对纳米碳化硼和铝合金粉表面进行改性。硅烷偶联剂的硅烷氧基通过水解，能够与纳米碳化硼和铝合金粉表面吸附的羟基发生化学键合，从而在纳米碳化硼和铝合金粉表面引入有机官能基团，提高了纳米碳化硼粉和铝合金粉对有机溶剂的反应性或相容性。改性后的纳米碳化硼粉和铝合金粉更容易在有机溶剂中分散，为后续的超声分散提供了有利条件。
[0013]2.本专利技术通过对纳米碳化硼粉，铝合金粉和有机溶剂三者的混合液施加超声波，在混合液中产生空化效应，即通过超声作用产生大量小气泡，小气泡在超声场的作用下进一步振动、生长并不断聚集声场能量，当能量达到某个阈值时，空化气泡急剧崩溃闭合。空化气泡在急剧崩溃时可释放出巨大的能量，并产生速度约为110m/s、有强大冲击力的微射流，使碰撞密度高达1.5kg/cm2。这种空化效应可以克服纳米碳化硼粉表面的相互作用，从而达到分散的目的。由于有机溶剂具有很强的流动性，纳米碳化硼粉和铝合金粉的运动阻力较小，同时保证了不同区域的混合液通过流动都能受到超声波作用，使得纳米碳化硼粉和铝合金粉分散均匀。由于配备了水冷系统，超声作用产生的热能被及时耗散，混合液在整个超声过程中均处于室温，大大降低了纳米碳化硼粉和铝合金粉之间的反应，因而在解决了纳米碳化硼分散问题的同时也解决了界面反应问题。
[0014]3.本专利技术通过铝液浸渗进一步将铝液完全渗入纳米碳化硼间隙，同时致密度高，界面结合良好。由于预制体中纳米碳化硼粉和铝粉混合均匀，避免了浸渗过程中形成插入层，提高了压力浸渗的成品率。
[0015]4.本专利技术制备工艺简单、制备成本低，通过选用不同的铝合金体系，可以制备出满足不同服役要求的纳米碳化硼增强铝基复合材料。
附图说明
[0016]图1为实施例1得到的纳米碳化硼增强铝基复合材料的显微组织照片。
具体实施方式
[0017]具体实施方式一：本实施方式一种液相分散法制备纳米碳化硼增强铝基复合材料的方法是按以下步骤进行：
[0018]一、配制硅烷偶联剂稀溶液：将硅烷偶联剂、去离子水和无水乙醇混合搅拌均匀，得到硅烷偶联剂稀溶液；
[0019]二、纳米碳化硼粉和铝合金粉表面改性：取两份硅烷偶联剂稀溶液，将纳米碳化硼粉加入到一份硅烷偶联剂稀溶液中水浴搅拌，得到纳米碳化硼粉改性溶液，对纳米碳化硼粉改性溶液进行抽滤得到表面改性纳米碳化硼粉；将铝合金粉加入到另一份硅烷偶联剂稀溶液中水浴搅拌，得到铝合金粉改性溶液，对铝合金粉改性溶液进行抽滤得到表面改性铝
合金粉；
[0020]三、纳米碳化硼粉和铝合金粉液相分散：将表面改性纳米碳化硼粉和表面改性铝合金粉加入到有机溶剂中，超声分散，得到混合液，对混合液进行抽滤，然后清洗、干燥，得到混合粉末；
[0021]四、混合粉末铝液浸渗：将混合粉末装入钢模具中，然后施加压力预成型，得到装有预制体的模具；将铝合金熔体浇入装有预制体的模具中，施加压力进行浸渗，然后自然冷却至室温，脱模后得到纳米碳化硼增强铝基复合材料。
[0022]具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述硅烷偶联剂为3
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氨基丙基三乙氧基硅烷、γ
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缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ
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甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。其他与具体实施方式一相同。
[0023]具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述硅烷偶联剂稀溶液中硅烷偶联剂的体积分数为1％～3％，去离子水的体积分数为20％～30％，无水乙醇的体积分数为70％～80％其他与具体实施方式一或二相同。
[0024]具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述纳米碳化硼粉的粒径为50nm～200nm，纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液相分散法制备纳米碳化硼增强铝基复合材料的方法，其特征在于液相分散法制备纳米碳化硼增强铝基复合材料的方法是按以下步骤进行：一、配制硅烷偶联剂稀溶液：将硅烷偶联剂、去离子水和无水乙醇混合搅拌均匀，得到硅烷偶联剂稀溶液；二、纳米碳化硼粉和铝合金粉表面改性：取两份硅烷偶联剂稀溶液，将纳米碳化硼粉加入到一份硅烷偶联剂稀溶液中水浴搅拌，得到纳米碳化硼粉改性溶液，对纳米碳化硼粉改性溶液进行抽滤得到表面改性纳米碳化硼粉；将铝合金粉加入到另一份硅烷偶联剂稀溶液中水浴搅拌，得到铝合金粉改性溶液，对铝合金粉改性溶液进行抽滤得到表面改性铝合金粉；三、纳米碳化硼粉和铝合金粉液相分散：将表面改性纳米碳化硼粉和表面改性铝合金粉加入到有机溶剂中，超声分散，得到混合液，对混合液进行抽滤，然后清洗、干燥，得到混合粉末；四、混合粉末铝液浸渗：将混合粉末装入钢模具中，然后施加压力预成型，得到装有预制体的模具；将铝合金熔体浇入装有预制体的模具中，施加压力进行浸渗，然后自然冷却至室温，脱模后得到纳米碳化硼增强铝基复合材料。2.根据权利要求1所述的一种液相分散法制备纳米碳化硼增强铝基复合材料的方法，其特征在于步骤一中所述硅烷偶联剂稀溶液中硅烷偶联剂的体积分数为1％～3％，去离子水的体积分数为20％～30％，无水乙醇的体积分数为70％～80％。3.根据权利要求1所述的一种液相分散法制备纳米碳化硼增强铝基复合材料的方法，其特征在于步骤二中所述纳米碳化硼粉的粒径为50nm～200nm，纳米碳化硼粉改性溶液中纳米碳化硼粉的质量为硅烷偶联剂稀溶液的质量的0.03～0.1；步骤二中所述铝合金粉为2xxx铝合金粉、5xxx铝合金粉、6xxx铝合金粉或7xxx铝合金粉，粒径为0.5μm～10μm，铝合金粉改性溶液中铝合金粉的质量为硅烷偶联剂稀溶液的质量的0.05～0.2。4.根据权利要求3所述的一种液相分散法制备纳米碳化硼增强铝基复合材料的方法，其特征在于步骤二中所述水浴搅拌的工艺为：60℃～80℃下搅拌3h～4h；所述抽滤的工艺为：采用负压型无油真空泵进行抽滤，真空度小于0.1MPa，抽滤时间5～10m...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜龙涛，韩秉卓，晁振龙，王春雨，王平平，陈国钦，修子扬，康鹏超，张强，武高辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：