一种基于等离子沉积的铝碳化硅材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于等离子沉积的铝碳化硅材料的制备方法，包括如下步骤：1)颗粒级配；2)初步包覆；3)热喷雾包覆；4)等离子沉积5)热等静压所述粗坯，最终得到铝碳化硅。本发明专利技术公开提供了一种基于等离子沉积的铝碳化硅材料的制备方法，得到碳化硅体积分数高、孔隙率较低、热导率高、热膨胀系数可调的铝碳化硅材料。料。

【技术实现步骤摘要】
一种基于等离子沉积的铝碳化硅材料的制备方法


[0001]本专利技术公开涉及铝碳化硅材料制备
，尤其涉及一种基于等离子沉积的铝碳化硅材料的制备方法。

技术介绍

[0002]铝碳化硅材料是采用铝合金作基体，按设计要求，将一定形式、比例和分布状态的碳化硅作为增强体，复合而成的一种无机非金属颗粒增强金属基材料。因具有轻质、高比强度、高热导率、热膨胀系数可调等优异的力学和热物理性能，广泛地应用于电子封装、精密仪器、汽车部件，航空航天都等领域。
[0003]制备铝碳化硅材料的方法很多，常见的有搅拌铸造法、粉末冶金法、浸渗铸造法、喷射沉积法。其中，喷射沉积法是一种结合金属液雾化和沉积过程，在惰性气体作用下制备金属复合材料的成型工艺，其工艺过程包括基体金属熔化，液态金属雾化、颗粒加入及其金属雾化流的混合、沉积和凝固等。喷射沉积法利用快速凝固的特性，生产所需要的温度比较低，颗粒之间的接触时间非常短，可使晶粒得到显著细化，避免宏观偏析，降低界面反应，降低氧化程度，且增强体的体积分数及尺寸大小可不受限制，产品的综合性能有很大的提高。
[0004]虽然喷射沉积法的过程比较短，而且工艺、技术比较简单，但是设备的成本较高，粉末原料的利用率较低，一般仅为20
‑
30％，所制得的复合材料孔隙度较大，一般都需要结合热等静压或挤压进一步加工致密化。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术公开提供了一种基于等离子沉积的铝碳化硅材料的制备方法，以得到体积分数高、孔隙率较低、热导率高、抗弯强度高的铝碳化硅材料。
[0006]本专利技术提供的技术方案，具体为，一种基于等离子沉积的铝碳化硅材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]1)颗粒级配：分别选择不同粒度的碳化硅粉体、铝合金粉体；得到备用的碳化硅粉体、铝合金粉体；
[0008]2)混合步骤1)中备用的碳化硅粉体、铝合金粉体得到混合粉体，采用机械手段通过添加改性剂对混合粉体进行初步包覆；
[0009]3)将初步包覆后的粉体进行热喷雾包覆，得到铝合金包覆碳化硅粉体；
[0010]4)等离子沉积所述铝合金包覆碳化硅粉体，得到铝碳化硅材料的粗坯；
[0011]5)热等静压所述粗坯，最终得到铝碳化硅。
[0012]所述步骤1)中选择两种或两种以上不同粒度的碳化硅粉体，所述不同粒度的碳化硅粉体中小颗粒：中颗粒：大颗粒的质量比为：3/3/4
‑
2/3/5；所述碳化硅粉体的粒度为 0.1
‑
500μm；所述铝合金粉体的粒度为0.1
‑
100μm。
[0013]所述铝合金粉体为高纯铝粉、6061铝合金粉、7050铝合金粉体中的一种。
[0014]步骤2)所述混合粉体中碳化硅所占的体积比为40
‑
50％。
[0015]步骤2)中所述机械手段为采用高能球磨机，所述高能球磨机为氧化锆磨球，料/球质量比为1/2；高能球磨机转数为2000
‑
3000rpm，球磨时间为2
‑
5h。
[0016]步骤2)中所述改性剂的添加质量百分比为小于等于3％。
[0017]所述改性剂为硬脂酸、石蜡、树脂中的一种。
[0018]步骤3)具体包括：
[0019]a、将初步包覆后的粉体加入搅拌机中，再加入水作为溶剂，其中料水质量比1/1
‑
1/2；
[0020]b、再向上述溶液中加入粘结剂，所述粘结剂的添加质量百分比小于等于3％；加入粘结剂后进行搅拌，搅拌时间为0.5
‑
2h；其中所述粘结剂为PVA、树脂中的一种；
[0021]c、对搅拌好的浆料进行热喷雾包覆处理，其中喷口尺寸Ф0.5
‑
2mm，喷雾温度为 150
‑
190℃，喷雾压力0.05
‑
0.1Mpa，最终得到铝合金包覆碳化硅粉体。
[0022]步骤4)中所述等离子沉积涉及的参数依次设定包括如下：
[0023]喷嘴出口的直径为6
‑
12mm；喷枪与基体的距离为5
‑
15cm，氩气流量1000
‑
2000 L/min；起弧电流为500
‑
800A；氢气流量由电压控制，电压为60
‑
80V；送粉器中喷枪的送粉速度为5
‑
50g/min；机械手的沉积次数5
‑
30次/次。
[0024]步骤5)中热等静压的条件为：保护气体为氮气、压强10
‑
20MPa，温度800
‑
1000℃，保温时间1
‑
5h。
[0025]本专利技术提供的一种基于等离子沉积的铝碳化硅材料的制备方法，使用不同种类、不同粒度的碳化硅和铝合金粉体进行合理的颗粒级配，将机械包覆和热喷雾包覆的方式相结合，制备出适合于等离子喷射沉积的单一、均匀包覆型粉体，有利于等离子沉积的进行和产品性能的提高。
[0026]通过本专利技术所述方法制备的高性能铝碳化硅复合材料的碳化硅体积分数在40
‑
50％之间，密度3
±
0.1g/cm3，热导率可达200W/(m
·
k)以上，热膨胀系数(6.5
‑
12.5)*10
‑6/k 范围内可调，尺寸满足制品需要，具有良好的应用前景。
[0027]应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术的公开。
具体实施方式
[0028]这里将详细地对示例性实施例进行说明。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本专利技术的一些方面相一致的系统的例子。
[0029]为解决现有技术中，铝碳化硅材料利用率较低，复合材料孔隙度较大等问题，本实施方案提供了一种基于等离子沉积的铝碳化硅材料的制备方法，根据需求选择不同粒度的碳化硅和铝合金粉体进行合理的颗粒级配；再将粉体进行高能球磨，利用挤压、冲击、剪切、摩擦等机械力将改性剂均匀分布在粉体颗粒外表面，使各种组分相互渗入和扩散，形成初步的包覆；之后再加入适当的分散剂和粘结剂，混合球磨后配置成浆料，并对浆料进行热喷雾处理，完成粉体的最终包覆，通过反应生成满足沉积条件的均匀混合粉体；通过等离子沉积过程的参数控制，将提高粉末的利用率，沉出铝碳化硅材料的粗坯；对粗坯进行热等静压处理。最后制备得到体积分数高、孔隙率较低、热导率高、抗弯强度高的碳化硅材料。
[0030]采用等离子沉积制备铝碳化硅材料的工艺方法，主要包括粉体选择，机械包覆，热喷雾包覆，等离子沉积，热等静压及后期加工。
[0031]具体实现步骤如下：
[0032]1)颗粒级配：分别选择不同粒度的碳化硅粉体、铝合金粉体；得到备用的碳化硅粉体、铝合金粉体；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于等离子沉积的铝碳化硅材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)颗粒级配：分别选择不同粒度的碳化硅粉体、铝合金粉体；得到备用的碳化硅粉体、铝合金粉体；2)混合步骤1)中备用的碳化硅粉体、铝合金粉体得到混合粉体，采用机械手段通过添加改性剂对混合粉体进行初步包覆；3)将初步包覆后的粉体进行热喷雾包覆，得到铝合金包覆碳化硅粉体；4)等离子沉积所述铝合金包覆碳化硅粉体，得到铝碳化硅材料的粗坯；5)热等静压所述粗坯，最终得到铝碳化硅。2.根据权利要求1所述的一种基于等离子沉积的铝碳化硅材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中选择两种或两种以上不同粒度的碳化硅粉体，所述不同粒度的碳化硅粉体中小颗粒：中颗粒：大颗粒的质量比为：3/3/4
‑
2/3/5；所述碳化硅粉体的粒度为0.1
‑
500μm；所述铝合金粉体的粒度为0.1
‑
100μm。3.根据权利要求2所述的一种基于等离子沉积的铝碳化硅材料的制备方法，其特征在于，所述铝合金粉体为高纯铝粉、6061铝合金粉、7050铝合金粉体中的一种。4.根据权利要求1所述的一种基于等离子沉积的铝碳化硅材料的制备方法，其特征在于，步骤2)所述混合粉体中碳化硅所占的体积比为40
‑
50％。5.根据权利要求1所述的一种基于等离子沉积的铝碳化硅材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述机械手段为采用高能球磨机，所述高能球磨机为氧化锆磨球，料/球质量比为1/2；高能球磨机转数为2000
‑
3000rpm，球磨时间为2
‑
5h。6.根据权利要求1所述的一种基于等离子沉积的铝碳化硅材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述改性剂的添加质量百分比为小于等于3％。7.根据权利要求6所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳鑫，吕延庆，肖飞，张福林，韩小莹，赵洪俭，
申请(专利权)人：辽宁省轻工科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：