一种碳化硼增强铝/钛叠层复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳化硼增强铝/钛叠层复合材料的制备方法，其针对现有铝/钛叠层复合材料中铝层的强度较低、碳化硼难以均匀分散在基体中、粉末烧结空气残留的情况，以碳化硼、铝、钛为原料，经超声分散、混粉、烘干、碳化硼增强铝基复合材料烧结、原料箔制备、箔片叠放、碳化硼增强铝/钛叠层复合材料烧结成型，制备了碳化硼增强铝/钛叠层复合材料。此制备方法工艺先进，工序严密，生产效率高，制备出的碳化硼增强铝/钛叠层复合材料为圆柱状块体，碳化硼在铝层中分散均匀，钛、铝叠层界面之间结合良好，是先进的碳化硼增强铝/钛叠层复合材料的制备方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硼增强铝/钛叠层复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种碳化硼增强铝/钛叠层复合材料的制备方法，属于颗粒强化层状结构材料制备的


技术介绍

[0002]叠层复合材料是一种具有层状构造，由不同材料交替叠放后，在高温和高压下实现结合的新型复合材料。叠层复合材料吸收了各组分材料的性能特点，是一种能同时提高材料强度和塑性的层状结构材料。当前，叠层复合材料体系主要分为铝/钛系、铝/铁系、铝/镁系等。其中，铝/钛叠层复合材料具有轻质和高强的优势，在航空航天、汽车制造等领域展现出巨大的应用潜力。但是，铝层的硬度和强度远低于钛层，这导致铝/钛叠层复合材料中的铝层在应力作用下易开裂，引发钛层的应力集中，最终导致材料整体断裂失效。因此，提高铝层的力学性能，为进一步提升铝/钛叠层复合材料的整体性能，拓宽其应用领域提供了新思路。
[0003]碳化硼是一种轻质高强的增强颗粒，其密度为2.52g/cm3，硬度高达35GPa~45GPa，具有高的化学稳定性，是理想的增强材料之一。通过在铝基体中引入碳化硼，可以有效提高铝基体的机械性能，从而改善铝/钛叠层复合材料中铝层强度低的问题。但是，碳化硼难以均匀分散在基体中，这会影响复合材料性能的稳定性。除此之外，粉末烧结属于固态成型工艺，粉末难以被压实，致使空气残留在材料中。当前，以碳化硼增强铝基复合材料作为组元层之一，再与钛层结合，制备碳化硼增强铝/钛叠层复合材料尚未被尝试。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对
技术介绍
的状况，以碳化硼、铝、钛为原料，制备碳化硼增强铝/钛叠层复合材料，以解决现有铝/钛叠层复合材料中铝层的强度较低、碳化硼难以均匀分散在基体中、粉末烧结空气残留的问题。
[0005]本专利技术使用的化学物质材料为：碳化硼、铝、钛、无水乙醇、去离子水、氢氧化钠、氢氟酸，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位碳化硼：B4C
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固态粉体
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20g
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0.001g铝粉：Al
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固态粉体
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100g
±
0.001g钛箔片：Ti
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固态箔片
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100g
±
0.001g无水乙醇：C2H5OH
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液态液体
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1000mL
±
10mL去离子水：H2O
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液态液体
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1000mL
±
10mL氢氧化钠溶液：NaOH
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液态液体
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1000mL
±
10mL氢氟酸溶液：HF
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液态液体
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1000mL
±
10mL制备方法如下：1）超声分散称取碳化硼20g
±
0.001g，量取去离子水400mL，加入容量为500mL的烧杯中，并用
玻璃棒进行旋转搅拌；然后，将烧杯放入超声波振荡器中进行超声分散，振荡频率为960w，分散时间为4h，由此制得碳化硼分散液；2）混粉称取铝粉80g，量取无水乙醇500mL，加入容量为1000mL的烧杯中搅拌均匀，由此制得铝粉浆液；然后，将碳化硼分散液加入铝粉浆液中进行机械搅拌，搅拌速率为200r/min，搅拌时间为70min，由此制得混合浆液；3）烘干将盛有混合浆液的烧杯放入真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为24h，由此制得碳化硼/铝混合粉末；4）碳化硼增强铝基复合材料烧结将放电等离子烧结炉的下锥形压头插入石墨模具中，并在下锥形压头上放置一层石墨纸；然后，将碳化硼/铝混合粉末倒入石墨模具中形成碳化硼/铝混合粉末层；然后，将放电等离子烧结炉的上锥形压头插入石墨模具中，并用上锥形压头压住碳化硼/铝混合粉末层；固定好石墨模具后关闭炉门，用真空泵抽出炉腔中的空气；然后，启动放电等离子烧结炉的加压装置，对石墨模具中的碳化硼/铝混合粉末层进行压实，压强为50MPa，压实时间为5min；保持压强50MPa，启动等离子放电装置，对石墨模具中的碳化硼/铝混合粉末层进行放电烧结，烧结温度为550℃，烧结时间为10min，烧结升温速率≤100℃/min，由此将碳化硼/铝混合粉末层烧结成块状碳化硼增强铝基复合材料；5）原料箔制备通过电火花切割机将块状碳化硼增强铝基复合材料加工成碳化硼增强铝基复合材料箔片，用砂纸对其表面进行打磨后，放入10%vol氢氧化钠溶液中清洗，然后放入无水乙醇中进行超声振动，洗去表面杂质；用砂纸对钛箔片表面进行打磨后，放入10%vol氢氟酸溶液中清洗，然后放入无水乙醇中进行超声振动，洗去表面杂质；6）箔片叠放将放电等离子烧结炉的下锥形压头插入石墨模具中，并在下锥形压头上放置一层石墨纸；然后，在石墨模具中交错叠放N层碳化硼增强铝基复合材料箔片和N+1层钛箔片，N为正整数；然后，将放电等离子烧结炉的上锥形压头插入石墨模具中，并用上锥形压头压住最上层的钛箔片；7）碳化硼增强铝/钛叠层复合材料烧结成型固定好石墨模具后关闭炉门，用真空泵抽出炉腔中的空气；然后，启动放电等离子烧结炉的加压装置，对石墨模具中的N层碳化硼增强铝基复合材料箔片和N+1层钛箔片进行压实，压强为50MPa，压实时间为2min；将压强降低至5MPa，启动等离子放电装置，对石墨模具中的N层碳化硼增强铝基复合材料箔片和N+1层钛箔片进行放电烧结，烧结温度为550℃，烧结时间为60min，烧结升温速率≤100℃/min，由此将N层碳化硼增强铝基复合材料箔片和N+1层钛箔片烧结成碳化硼增强铝/钛叠层复合材料；
8）清理、清洗用无水乙醇清洗碳化硼增强铝/钛叠层复合材料，清洗后晾干；9）检测、分析、表征对碳化硼增强铝/钛叠层复合材料的形貌、色泽进行检测、分析；用场发射扫描电镜进行显微组织分析；结论：碳化硼增强铝/钛叠层复合材料为圆柱状块体，碳化硼在铝层中分散均匀，钛、铝叠层界面之间结合良好。
[0006]本专利技术与
技术介绍
相比具有明显的先进性，其针对现有铝/钛叠层复合材料中铝层的强度较低、碳化硼难以均匀分散在基体中、粉末烧结空气残留的情况，以碳化硼、铝、钛为原料，经超声分散、混粉、烘干、碳化硼增强铝基复合材料烧结、原料箔制备、箔片叠放、碳化硼增强铝/钛叠层复合材料烧结成型，制备了碳化硼增强铝/钛叠层复合材料。此制备方法工艺先进，工序严密，生产效率高，制备出的碳化硼增强铝/钛叠层复合材料为圆柱状块体，碳化硼在铝层中分散均匀，钛、铝叠层界面之间结合良好，是先进的碳化硼增强铝/钛叠层复合材料的制备方法。
附图说明
[0007]图1为碳化硼增本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硼增强铝/钛叠层复合材料的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：碳化硼、铝、钛、无水乙醇、去离子水、氢氧化钠、氢氟酸，其组合准备用量如下：以克、毫升为计量单位碳化硼：B4C
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固态粉体
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20g
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0.001g铝粉：Al
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固态粉体
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0.001g钛箔片：Ti
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固态箔片
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0.001g无水乙醇：C2H5OH
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10mL去离子水：H2O
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10mL氢氧化钠溶液：NaOH
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10mL氢氟酸溶液：HF
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1000mL
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10mL制备方法如下：1）超声分散称取碳化硼20g
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0.001g，量取去离子水400mL，加入容量为500mL的烧杯中，并用玻璃棒进行旋转搅拌；然后，将烧杯放入超声波振荡器中进行超声分散，振荡频率为960w，分散时间为4h，由此制得碳化硼分散液；2）混粉称取铝粉80g，量取无水乙醇500mL，加入容量为1000mL的烧杯中搅拌均匀，由此制得铝粉浆液；然后，将碳化硼分散液加入铝粉浆液中进行机械搅拌，搅拌速率为200r/min，搅拌时间为70min，由此制得混合浆液；3）烘干将盛有混合浆液的烧杯放入真空干燥箱中进行干燥，干燥温度为70℃，干燥时间为24h，由此制得碳化硼/铝混...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宇宏，李沐奚，刘奕宏，王康安，徐小龙，侯华，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：