双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法技术

本申请涉及双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，该复合材料由25％～75％的陶瓷颗粒和余量的铝合金粉制备而成，其中陶瓷颗粒由质量比为(0.5～1.5):1的细陶瓷颗粒和粗陶瓷颗粒组成，且细陶瓷颗粒的D50为15μm～30μm，粗陶瓷颗粒的D50为100μm～200μm，铝合金粉的D50为15μm～30μm。上述复合材料可实现陶瓷颗粒含量在25％～75％范围内调整时始终能够分布均匀，且材料致密度高，无裂纹等缺陷，耐温性、耐磨性、模量、尺寸稳定性等综合性能得到有效提升。性能得到有效提升。

【技术实现步骤摘要】
双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
[0001]本申请要求于2022年06月09日提交中国专利局、申请号为202210651237.0、专利技术名称为“双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。


[0002]本专利技术涉及铝基复合材料
，特别是涉及双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0003]陶瓷颗粒具有高模量、高耐磨、高强度、低密度和耐高温等优异的性能，铝或铝合金具有质轻、导热性好等优点，将陶瓷颗粒和铝或铝合金复合，可大幅度提高铝或铝合金的综合性能，且陶瓷颗粒含量越高，对铝或铝合金的增强效果越显著。目前，陶瓷颗粒增强铝基复合材料大多选用单一尺度的陶瓷颗粒，粒度一般为5～30微米，但随着单一尺度陶瓷颗粒含量的增加，粉末的压缩性变差，当选用的陶瓷颗粒粒径小于10微米时，随着陶瓷颗粒含量的增加，粉末的流动性也会变差，陶瓷颗粒之间容易搭桥形成骨架或者局部团聚，基体与陶瓷颗粒之间也无法形成充分的界面结合，导致材料中出现孔洞、陶瓷颗粒分布不均等缺陷，进而导致材料的耐温性、导热性、高温耐磨性等无法进一步提高，限制了其应用。
[0004]采用多种尺度陶瓷颗粒作为增强相，可以改善粉末的充填性质，提高粉末的压缩性和松装密度，改善单一尺度陶瓷颗粒作为增强相的不足，以使不同尺度的陶瓷颗粒产生优势互补，产生混杂效应，从而提高材料的耐温性、导热性、高温耐磨性等，但随着陶瓷颗粒含量的增加，同样存在着陶瓷颗粒分布不均的问题，且当选用大尺度陶瓷颗粒时，大尺度陶瓷颗粒易存在脆性裂纹等缺陷，导致材料中容易出现应力集中点，产生开裂、强度降低等问题，影响材料的使用寿命。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要提供一种双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料，该材料可实现陶瓷颗粒含量在25％～75％范围内调整时始终能够分布均匀，且材料致密度高，无裂纹等缺陷，综合性能好。
[0006]一种双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料，以质量百分含量计，由25％～75％的陶瓷颗粒和余量的铝合金粉制备而成，所述陶瓷颗粒由质量比为(0.5～1.5):1的细陶瓷颗粒和粗陶瓷颗粒组成，所述细陶瓷颗粒的D50为15μm～30μm，所述粗陶瓷颗粒的D50为100μm～200μm，所述铝合金粉的D50为15μm～30μm。
[0007]在其中一个实施例中，以质量百分含量计，所述铝合金粉由1％～4％的铜粉、1％～3％的镁粉、0～1％的微量元素粉和余量的铝粉组成，所述微量元素粉选自铋粉、铁粉、锡粉中的至少一种。
[0008]在其中一个实施例中，以质量百分含量计，所述铝合金粉中，每种所述微量元素粉
的含量为0～0.5％。
[0009]上述双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料，采用D50为100～200微米的粗陶瓷颗粒、D50为15～30微米的细陶瓷颗粒和D50为15～30微米的铝合金粉作为原料制备而成，一方面，粗陶瓷颗粒具有较好的流动性，细陶瓷颗粒具有较好的强化作用，通过控制粗细陶瓷颗粒的质量比，可使材料具有较好压缩性能的同时，具有相应的力学性能；另一方面，粗陶瓷颗粒粒径大，可起到钉扎作用，细陶瓷颗粒和铝合金粉的粒度相近，可均匀分布在粗陶瓷颗粒周围，形成有效的基体分布，制备过程中铝合金粉发生移动和变形，保证了粗细陶瓷颗粒与基体的结合效果。两方面协同，可实现陶瓷颗粒的含量在25％～75％范围内调整时始终能够分布均匀，且材料致密度高、无裂纹等缺陷，耐温性、耐磨性、模量、尺寸稳定性等综合性能好。
[0010]本申请还提供一种用于制备上述双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料的方法，具体方案如下：
[0011]提供所述粗陶瓷颗粒、细陶瓷颗粒和铝合金粉；
[0012]将所述粗陶瓷颗粒、细陶瓷颗粒和铝合金粉按比例混合均匀后，依次进行模压成形、烧结和整形，即可。
[0013]在其中一个实施例中，将所述粗陶瓷颗粒、细陶瓷颗粒和铝合金粉按比例混合均匀的步骤具体为：将所述细陶瓷颗粒与铝合金粉按比例混合均匀后，再按比例加入所述粗陶瓷颗粒，继续混合均匀。
[0014]在其中一个实施例中，所述细陶瓷颗粒与铝合金粉混合均匀的时间为5～10分钟，转速为15r/min～30r/min；加入所述粗陶瓷颗粒继续混合均匀的时间为30～60分钟，转速为15r/min～30r/min。
[0015]在其中一个实施例中，在进行模压成形之前还包括对模具进行加热的步骤。
[0016]在其中一个实施例中，所述模压成形的压力为200MPa～400MPa。
[0017]在其中一个实施例中，所述烧结在保护性气体氛围中进行，所述烧结的温度为560℃～640℃。
[0018]在其中一个实施例中，所述整形的温度为500℃～560℃。
[0019]上述方法制备得到的复合材料，可实现陶瓷颗粒含量在25％～75％调整时始终能够分布均匀，且材料致密度高、无裂纹等缺陷，耐磨性、耐磨性、模量、尺寸稳定性等综合性能得到了有效提升。
具体实施方式
[0020]为了便于理解本专利技术，下面将对本专利技术进行更全面的描述，并给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。
[0021]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0022]一实施方式的双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料，由25％～75％质量含量的陶瓷
颗粒和余量的铝合金粉制备而成(以陶瓷颗粒和铝合金粉总的质量含量为100％计)，其中陶瓷颗粒由质量比为(0.5～1.5):1的细陶瓷颗粒和粗陶瓷颗粒组成，且细陶瓷颗粒的D50为15μm～30μm，粗陶瓷颗粒的D50为100μm～200μm，铝合金粉的D50为15μm～30μm。
[0023]在本实施方式中，铝合金粉作为基体，优选由1％～4％质量含量的铜粉、1％～3％质量含量的镁粉、0～1％质量含量的微量元素粉和余量的铝粉组成的铝合金粉(以铜粉、镁粉、微量元素粉和铝粉总的质量含量为100％计)，其中微量元素粉选自铋(Bi)粉、铁(Fe)粉、锡(Sn)粉中的至少一种。
[0024]进一步的，每种微量元素粉的质量含量不超过0.5％。
[0025]适量的微量元素可以改善铝合金基体与陶瓷颗粒之间的润湿性。此外，当选用Fe元素作为微量元素时，还可以生成少量耐温强化相，进一步提高复合材料的耐温性能。
[0026]在本实施方式中，粗陶瓷颗粒和细陶瓷颗粒作为增强相，其种类没有特殊限定，本领域技术人员熟知的陶瓷颗粒均可，如碳化物(TiC、SiC、B4C等)、氮化物(Si3N4等)、氧化物(Al2O3等)、硅化物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料，其特征在于，以质量百分含量计，由25％～75％的陶瓷颗粒和余量的铝合金粉制备而成，所述陶瓷颗粒由质量比为(0.5～1.5):1的细陶瓷颗粒和粗陶瓷颗粒组成，所述细陶瓷颗粒的D50为15μm～30μm，所述粗陶瓷颗粒的D50为100μm～200μm，所述铝合金粉的D50为15μm～30μm。2.根据权利要求1所述的双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料，其特征在于，以质量百分含量计，所述铝合金粉由1％～4％的铜粉、1％～3％的镁粉、0～1％的微量元素粉和余量的铝粉组成，所述微量元素粉选自铋粉、铁粉、锡粉中的至少一种。3.根据权利要求2所述的双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料，其特征在于，以质量百分含量计，所述铝合金粉中，每种所述微量元素粉的含量为0～0.5％。4.一种权利要求1～3任一项所述的双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供所述粗陶瓷颗粒、细陶瓷颗粒和铝合金粉；将所述粗陶瓷颗粒、细陶瓷颗粒和铝合金粉按比例混合均匀后，依次进行模压成形、烧结和整形，即可。5.根据权利要求4所述的双尺度陶瓷颗粒增强铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍树海，曹柳絮，王畅，刘春轩，蒋兆汝，吴云，罗任，
申请(专利权)人：湖南湘投轻材科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：