一种中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及铝基复合材料技术领域，尤其涉及一种中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法。本发明专利技术的制备方法包括对铝合金粉末进行差式扫描量热测试，确定液相含量与温度的关系；将SiC粉体与铝合金粉末混合后，进行半固态真空热压烧结，得到中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料；半固态真空热压烧结过程中不添加粘结剂和助烧剂；烧结温度根据所述液相含量与所述半固态真空热压烧结的温度的关系进行确定；所述中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料中碳化硅(SiC

【技术实现步骤摘要】
一种中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及铝基复合材料
，尤其涉及一种中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]碳化硅铝基复合材料属于陶瓷增强金属基复合材料，其中碳化硅为增强相，铝合金为基体。中、高体积分数碳化硅增强铝基复合材料具有密度低、热膨胀系数低、热导率高和力学性能优良等特点，可以作为功能材料应用于电子封装领域，也可以作为结构材料应用于航空航天等领域，具有巨大的发展潜力。因此，对于中高体分碳化硅增强铝基复合材料的开发一直备受关注。
[0003]目前，常见的碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法有搅拌铸造法、熔体浸渗法(包括挤压铸造法、无压浸渗法和真空压力浸渗法)、喷射沉积法和粉末冶金法等。搅拌铸造方法制备铝基复合材料时，由于碳化硅与铝合金熔体润湿性差，碳化硅在基体中分布均匀性较差，容易发生团聚，且在搅拌过程中容易引入气体，导致致密度降低。目前，搅拌铸造法适合制备体积分数较低的复合材料。
[0004]熔体浸渗法需要先将增强相制备成预制体，然后将金属熔体在毛细管力或者一定压力下浸渗入预制体间隙，凝固后制备得复合材料。熔体浸渗法需要金属熔体保持一定过热度，工艺温度高，因此碳化硅与铝基体极易发生界面反应，复合材料的微观结构和性能可控性低。在挤压铸造成型过程中，需要控制的关键工艺参数较多，模具温度、模具压力和压力持续时间、熔体加压延迟时间以及填充速度等都会对复合材料性能造成影响，很容易出现增强相的分布不均匀等缺陷。而且该工艺需要施加较大压力，预制体在加压时容易发生变形，因此该工艺不适合加工形状复杂的零件。由于铸造工艺条件的限制，因此主要用于增强相含量40vol.％以内的中、低体积分数的复合材料。无压浸渗法是在高温下，金属熔体通过毛细作用自发渗入碳化硅预制体中。无压浸渗过程完全依赖毛细管力作用，因此制备过程缓慢；且预制体上、下层碳化硅与铝熔体作用时间不同，界面反应程度不同，浸渗充分性不同，导致复合材料结构不均匀，孔隙含量较多。真空压力浸渗法是在高温下，铝合金熔体在惰性气体作用下渗入碳化硅预制体中。虽然压力的引入在一定程度上提高了复合材料的制备效率，但是真空设备较复杂，成本较高，复合材料制备周期较长。目前，熔体浸渗法主要用于制备增强相含量大于40％的高体分碳化硅铝基复合材料。
[0005]喷射沉积法是在高压惰性气体作用下使液态金属形成雾状喷射流，同时将增强体颗粒喷入熔融合金的射流中，使两相颗粒混合，并共沉积到预处理的衬底上，快速凝固制备颗粒增强铝基复合材料。该方法中，增强体颗粒利用率较低，制备成本较高，且致密度较低，需要进行二次加工。
[0006]粉末冶金制备过程主要是在铝基体合金熔点以下进行的，因此可以有效抑制碳化硅颗粒与铝合金基体的界面反应；并且可以通过复合材料的性能要求进行组分设计。但是
粉末冶金目前主要集中在低体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备，且辅以热挤压、轧制等二次加工以提高其致密度；此外传统粉末冶金属于固相烧结，因此，如何保证烧结过程中粉末间的结合，充分利用粉末冶金的优势，制备高致密度的中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料依然需要进一步探索。
[0007]目前通过粉末冶金方法制备中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的专利较少，目前查阅到的粉末冶金方法制备中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的专利中，有需要借助冷等静压和热等静压，并辅以SiC颗粒表面改性，以及添加Cu颗粒来制备的，其中SiC实际含量在10
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30％(CN111172433 B)；有通过引入粘结剂对复合材料粉末造粒，再高温无压烧结制备高体分碳化硅铝基复合材料的(CN103602869 B)。前者虽然可以避免界面反应，但是冷等静压、热等静压设备昂贵，产品尺寸受限，而且SiC实际含量小于30％；后者引入了粘结剂，且致密度不高。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，所述制备方法既可以避免粘结剂和助烧剂去除不完全的问题，又可以实现高致密度的中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备。
[0009]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0010]本专利技术提供了一种中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]对铝合金粉末进行差式扫描量热测试，确定液相含量与温度的关系；
[0012]将SiC粉体与所述铝合金粉末混合后，进行半固态真空热压烧结，得到所述中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料；所述半固态真空热压烧结过程中不添加粘结剂和助烧剂；
[0013]所述半固态真空热压烧结的温度根据所述铝合金粉末的液相含量与温度的关系进行确定；
[0014]所述中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料中碳化硅颗粒的体积百分含量为30～50％。
[0015]优选的，进行所述混合前，还包括对所述SiC粉体进行清洗；
[0016]所述清洗的过程包括依次采用去离子水和酒精进行清洗。
[0017]优选的，所述SiC粉体的平均粒径为7.5μm。
[0018]优选的，所述铝合金粉末的种类为铝硅合金粉末。
[0019]优选的，所述铝合金粉末的液相含量为5～50vol％时，烧结的温度为575～615℃；
[0020]所述中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的致密度为87.9％～99％。
[0021]优选的，所述SiC粉体与所述铝合金粉末的体积比为(30～50)：(50～70)。
[0022]优选的，所述混合的方式为湿法球磨；
[0023]所述湿法球磨的转速为120～240r/min，时间为2～10h。
[0024]优选的，所述半固态真空热压烧结的温度为575～615℃，压力为20～100MPa，升温速率为10℃/min；
[0025]升温至所述半固态真空热压烧结的温度的时间与升压至所述半固态真空热压烧
结的压力的时间相同。
[0026]优选的，所述半固态真空热压烧结完成后，还包括降温降压。
[0027]本专利技术提供了一种中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：对铝合金粉末进行差式扫描量热测试，确定液相含量与温度的关系；将SiC粉体与所述铝合金粉末混合后，进行半固态真空热压烧结，得到所述中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料；所述半固态真空热压烧结过程中不添加粘结剂和助烧剂；所述半固态真空热压烧结的温度根据所述铝合金粉末的液相含量与温度的关系进行确定；所述中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料中SiC
p
的体积百分含量为30～50％。本专利技术所述制备方法中不引入粘结剂、助烧剂，且不辅以二次加工的情况下，将半固态烧结的思想引入粉末冶金制备方法中，即通过半固态热压烧结工艺制备复合材料，既可以避免粘结剂和助烧剂等去除不完全的问题，又可以避免高温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中、高体积分数碳化硅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：对铝合金粉末进行差式扫描量热测试，确定液相含量与温度的关系；将SiC粉体与所述铝合金粉末混合后，进行半固态真空热压烧结，得到所述中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料；所述半固态真空热压烧结过程中不添加粘结剂和助烧剂；所述半固态真空热压烧结的温度根据所述铝合金粉末的液相含量与温度的关系进行确定；所述中、高体积分数碳化硅颗粒增强铝基复合材料中碳化硅颗粒的体积百分含量为30～50％。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，进行所述混合前，还包括对所述SiC粉体进行清洗；所述清洗的过程包括依次采用去离子水和酒精进行清洗。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述SiC粉体的平均粒径为7.5μm。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铝合金粉末的种类为铝硅合金粉末。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王扬卫，王海云，李琳琳，韩宝锋，程焕武，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：