本发明专利技术涉及一种铝包碳化硅复合颗粒及由其制备的复合材料，其中该铝包碳化硅复合颗粒选用粒径为50-100nm的铝粉或铝合金粉末为包覆材料，选择粒径为20-50μm的碳化硅颗粒为包覆核心，纳米级铝粉或铝合金粉末通过粘结剂而包覆到碳化硅颗粒表面上。本发明专利技术的铝包碳化硅颗粒包覆形态均匀、完整。本发明专利技术还涉及使用该铝包碳化硅复合颗粒制备的铝基复合材料，制得的铝基复合材料组织致密，无碳化硅颗粒团聚现象，力学性能优异。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铝基复合材料领域，具体地涉及一种铝包碳化硅复合颗粒及由其制备的碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
技术介绍
由于碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有密度小、质量轻、高的比强度和比模量、低的热膨胀系数、好的尺寸稳定性、导热导电性能好，好的耐磨性能等一系列优点，颗粒增强铝基复合材料已成为金属基复合材料研究领域中最重要的热点之一，是目前公认的最有竞争力的金属基复合材料之一。在美国和日本等国，该类材料的制备工艺和性能研究已日趋成熟，在电子、军事领域开始得到实际应用。SiC颗粒强化铝基复合材料被美国视为有突破性进展的材料，其性能可与钛合金媲美，而价格还不到钛合金的1/10。碳化硅颗粒增强铝基复合材料是最近二十年来在世界范围内发展最快、应用前景最广的一类金属基复合材料，被认为是一种理想的轻质结构材料，尤其在机动车辆发动机活塞、缸头(缸盖)、缸体等关键产品和航空工业中具有广阔的应用前景。美国Duralcan公司在加拿大已建成年产11340吨的SiC/Al复合材料型材、棒材、 铸锭以及复合材料零件的专业工厂。目前，Duralcan公司生产的20% SiCp/A356Al复合材料的屈服强度比基体铝合金提高75%，弹性模量提高30%，热膨胀系数减少29%，耐磨性提高3 4倍。近几十多年来，该类复合材料的研制开发与工程应用在国内外受到广泛的重视。利用粉末冶金法制备铝基复合材料可以克服碳化硅颗粒与铝合金熔液润湿困难的缺点，因而是最先得到发展并用于SiCp/Al的制备方法之一。具体制备SiCp/Al的粉末冶金工艺路线有多种，目前最为流行和典型的工艺流程为碳化硅粉体与铝合金粉体混合一冷模压一真空除气一热压烧结一热机械加工。粉末冶金法的优点在于碳化硅粉体和铝合金粉体可以按任何比例混合，而且配比控制准确、方便。粉末冶金法工艺成熟，成型温度较低， 基本上不存在界面反应，质量稳定，增强体体积分数可较高，可选用细小增强体颗粒。缺点是设备成本高，颗粒不容易混合均匀，容易出现较多孔隙，须进行二次加工，以提高机械性能，但往往在后续处理过程中不易消除，所制零件的结构、形状和尺寸都受到一定的限制。本专利技术主要针对粉末冶金工艺制备复合材料存在混料不均，产生团聚现象来进行研究的。在研究热压烧结制备铝基复合材料基础上，提出利用铝包SiC复合颗粒制备铝基复合材料，前期研究中发现，铝粉和SiC颗粒混合后，热压烧结过程中容易出现碳化硅颗粒团聚现象，导致SiC颗粒分布不均匀，影响复合材料的性能。利用铝包SiC复合颗粒制备铝基复合材料，由于SiC颗粒外面包覆纳米铝粉或纳米铝合金粉末，烧结过程中可以避免团聚现象的产生，可以使SiC颗粒均匀分布在基体中。有关复合颗粒制备的专利技术例如铝包镍， 铜包SiC颗粒等，前者主要应用于热喷涂领域，后者主要是通过化学方法制备复合颗粒，通过检索，未发现通过物理方法制备铝包SiC复合颗粒制备铝基复合材料的技术。
技术实现思路
—方面，本专利技术公开了一种铝包碳化硅复合颗粒，该复合颗粒以碳化硅颗粒为核心，纳米铝粉或铝合金粉末通过粘结剂而包覆到碳化硅颗粒表面上。本专利技术的一种铝包碳化硅复合颗粒是通过如下的技术方案实现的一种铝包碳化硅复合颗粒，其由以下步骤制备(I)原料选择选择粒径为50_100nm的铝粉或铝合金粉末为包覆材料，选择粒径为20-50 μ m的碳化硅颗粒为包覆核心，将铝粉或铝合金粉末与碳化硅颗粒的总体积分数计为100%，其中铝粉或铝合金粉末的体积分数为60% _80%，碳化硅颗粒的体积分数为 20% -40% ;粘接剂为酚醛树脂+无苯醇酸稀料+NL固化剂，其以重量计的配比为酚醛树脂无苯醇酸稀料NL固化剂=3. 5 10 1，粘结剂重量占铝粉或铝合金粉末、碳化硅颗粒和粘结剂总重量的8% -10% ；(2)按步骤(I)的比例称取原料后，将无苯醇酸稀料和酚醛树脂均匀混合后再加入铝粉或铝合金粉末和碳化硅颗粒，常温下在球磨机中预混合5分钟，然后加入NL固化剂进行常温固化，固化完成后继续在球磨机中混合30分钟，最后干燥分筛，即可制备出铝包碳化硅复合颗粒。作为本专利技术的一个优选实施方案，所述铝合金选自ZL101、ZL101A、ZL102、6061、 6063。为了避免热压烧结铝粉或铝合金粉末和碳化硅颗粒分别团聚，所以选择纳米级铝粉或招合金粉末来包覆碳化娃颗粒,招粉或招合金粉末越细小，同一个碳化娃颗粒中包覆的铝粉或铝合金粉末越多，包覆效果越好。因此作为本专利技术的一个优选实施方案，所述铝粉或铝合金粉末的粒径为50-80nm。作为本专利技术的另一个优选实施方案，所述碳化硅颗粒的粒径为30_40μπι。作为本专利技术的又一个优选实施方案，所述铝粉或铝合金粉末的体积分数为 65% -75%，所述碳化硅颗粒的体积分数为25% -35%。另一方面，本专利技术还提供了使用铝包碳化硅复合颗粒制备的碳化硅增强铝基复合材料，其是通过以下技术方案来实现的对上述铝包碳化硅复合颗粒进行热压烧结，具体工艺参数分别为热压烧结温度为490-510°C，保温时间为150-210分钟，烧结压力为25_35MPa。热压烧结工艺对复合材料的最终性能起着决定性的作用，影响热压烧结效果的因素主要包括烧结温度、保温时间和烧结压力。合理制定烧结工艺参数是制备性能优异复合材料关键的一步，因此有必要探索合适的烧结工艺参数，通过实验研究，本专利技术探索热压烧结的优选工艺如下(I)烧结温度烧结温度是影响烧结效果的重要因素之一。烧结温度越高，致密化速度就越快，同时致密度就越高。但烧结温度过高，会出现晶粒的异常长大，降低产品的力学性能；本专利技术优选烧结温度为500°C。(2)保温时间保温时间是材料致密和晶粒发育所需要的时间，保温时间过短，致密化过程来不及完成；保温时间过长，容易导致晶粒异常长大。本专利技术优选保温时间为180 分钟。(3)烧结压力一般来说，外加压力越大颗粒接触越紧密，扩散阻力越小，随着压力的逐渐增大，致密度就会相应提高。本专利技术优选烧结压力为30MPa。采用本专利技术的铝包碳化硅复合颗粒通过热压烧结工艺制备的铝基复合材料中碳化硅颗粒分布均匀，无大面积团聚现象，其力学性能明显优于通过干混碳化硅颗粒和铝粉颗粒制备的复合材料。附图说明图I是使用本专利技术的铝包碳化硅复合颗粒通过热压烧结工艺制备的铝基复合材料金相照片；图2是用干混的铝粉和碳化硅颗粒通过热压烧结工艺制备的铝基复合材料金相照片。具体实施例方式通过以下具体实施例来进一步说明本专利技术，但这并不意为对本专利技术的限制。实施例I一种铝包碳化硅复合颗粒，其由以下步骤制备(I)原料选择选择粒径为60nm的铝粉或铝合金粉末为包覆材料，选择粒径为 35 μ m的碳化硅颗粒为包覆核心，将铝粉或铝合金粉末与碳化硅颗粒的总体积分数计为 100%，其中铝粉或铝合金粉末的体积分数为70%，碳化硅颗粒的体积分数为30% ;粘接剂为酚醛树脂+无苯醇酸稀料+NL固化剂，其以重量计的配比为酚醛树脂无苯醇酸稀料NL固化剂=3. 5 10 1，粘结剂重量占铝粉或铝合金粉末、碳化硅颗粒和粘结剂总重量的8% ；(2)按步骤⑴的比例称取原料后，将无苯醇酸稀料和酚醛树脂均匀混合后再加入铝粉或铝合金粉末和碳化硅颗粒，常温下在球磨机中预混合5分钟，然后加入NL固化剂进行常温固化，固化完成后继续在球磨机中混合30分钟本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：历长云，米国发，许磊，胡玉昆，王狂飞，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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