本发明专利技术公开了一种体积分数为45%～70%的中高体分碳化硅铝基复合材料的制备方法，并为该方法设计了专用保压/排气装置。本发明专利技术采用压力铸造法，选用粗、细两种不同粒径的碳化硅材料为原料，根据碳化硅体积分数的要求，按质量比为：1:0.4～4配粉并混合均匀；选用0.1～15MPa范围的压强制备碳化硅多孔骨架；将熔融的铝液倒入预热后的凹模，铝液受压后向碳化硅多孔骨架浸渗，获得碳化硅铝基复合材料。本发明专利技术装置能合理的控制铝液浸渗压力，有效地避免了产生铝带等缺陷；采用本发明专利技术实现了中高体分碳化硅铝基复合材料的微观组织晶粒均匀、接近全致密和性能稳定，并且方法简单、便捷，装置结构合理，易于产业化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碳化硅铝基复合材料的制备技术，具体是指一种体积分数为45% 70%的中高体分碳化硅铝基复合材料的制备方法及其装置。
技术介绍
铝基复合材料具有高强度、高硬度、高弹性模量等优异的性能。作为一种新型的功能材料与工程材料，在航空航天等领域具有广泛的应用前景。然而由于制备成本等因素，限制了铝基复合材料的广泛应用。实现铝基复合材料制备的产业化，一直是研究者追求的目标。目前，压力浸渗法是制备高体分铝基复合材料的一个有效手段。采用压力浸渗法制备高体积分数的铝基复合材料，制备复合材料的成功与铝液浸渗压力大小、铝液浇注温度、碳化硅多孔骨架的显气孔率、碳化硅多孔骨架的强度以及碳化硅多孔骨架孔隙内气体的排出程度等诸多因素密切相关。复合材料制备过程中，保持铝液浸渗压力的稳定可以使碳化硅颗粒与铝液之间的界面反应进行得更加充分、更加彻底，从而为获得性能稳定的碳化硅铝基复合材料提供了必要条件。传统的压力浸渗法工艺是:将碳化硅颗粒堆积在凹模内并压制成碳化硅多孔骨架，凹模和碳化硅多孔骨架预热到设定温度后，接着将铝合金熔液浇注到凹模中，凸模下压使铝合金熔液浸渗预制件碳化硅多孔骨架，浸渗过程中，碳化硅颗粒之间附着的气体一部分向上浮起而从碳化硅骨架中排出，一部分在铝液的挤压作用下，向下经石墨碳块底板的排气孔排出，气体排出完毕，铝合金熔液随后也从排气孔流出，流出的铝合金熔液遇到空气后，因冷却而凝固，随即将排气孔堵塞，继续对凹模的铝合金熔液施加压力，受压的铝液能更充分的包裹住碳化硅颗粒，从而为两者之间发生界面反应提供了很好的条件，通过这种制备工艺可以获得性能稳定的碳化硅铝基复合材料。然而上述工艺存在如下3点缺陷，影响了碳化硅铝基复合材料制备的产业化:1、传统工艺制备的碳化娃多孔骨架强度低，制备碳化娃体积分数为45% -60%的碳化硅铝基复合材料时，碳化硅骨架容易坍塌而导致碳化硅铝基复合材料存在铝带等缺陷；2、传统工艺没有有效的手段检测碳化硅多孔骨架的显气孔率、抗压强度等关键的性能指标；3、传统的工艺中，石墨碳块底板的排气孔与温度较低的工作台直接接触，这种的排气方式存在理论上的缺陷，由于碳化硅多孔骨架内部的孔隙网络结构复杂，气体受到铝液挤压从碳化硅多孔骨架排出需要一段时间；伴随气体一起经石墨碳块底板的排气孔排出的铝液在碳化硅多孔骨架内部气体没有排除干净的情况下可能提前堵塞排气孔，致使气体不能完全排出，导致制备碳化硅铝基复合材料的成品率下降。上述缺陷，直接影响到碳化硅铝基复合材料制备的成品率以及碳化硅铝基复合材料性能的稳定性，以 至影响了铝基复合材料的产业化。因此，若能通过选择合适的方法辅以必要的装置，制备出性能稳定的碳化硅铝基复合材料，将会对铝基复合材料的产业化具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种中高体分碳化硅铝基复合材料的制备方法，并提供一种专用装置，实现中高体分碳化硅铝基复合材料的微观组织晶粒均匀、接近全致密和性能稳定，以推动碳化硅铝基复合材料制备的产业化。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的:一种中高体分碳化硅铝基复合材料的制备方法，其特征在于:该方法采用压力铸造法，选用两种不同粒径的碳化硅材料作为制备碳化硅铝基复合材料的原料，制备方法具体步骤及其工艺条件如下:步骤一:备料要求碳化硅纯度大于99.6%，颗粒粒径分布的离散度在0.8 1.2之间，颗粒表面干净无油污；采用两种不同粒径的碳化硅材料混合而成的混合粉为原料，所述两种不同粒径的碳化硅材料是指:一种粗颗粒碳化硅与一种细颗粒碳化硅，根据碳化硅体积分数的要求，粗颗粒碳化硅与细颗粒碳化硅按质量比为:1:0.4 4配粉并混合均匀，所述粗颗粒碳化硅的平均粒径选用规格如下:58 μ m、45 μ m,细颗粒碳化娃的平均粒径选用规格如下:6.5 μ m、2.6 μ m ;两种不同粒径的粗细颗粒碳化娃配粉方式为:58 μ m与6.5 μ m ;45 μ m与2.6 μ m ;步骤二:制备碳化硅多孔骨架将两种不同粒径的·碳化硅材料混合粉倒入石墨模具，根据碳化硅体积分数的要求，选用0.1 15MPa压强，将碳化硅材料压制成型，成型后至少保压15分钟，随后将碳化硅成型件放入高温炉中，至少加热至1600°C，并至少保温2小时，高温炉冷却后，脱模，即可获得碳化硅多孔骨架；步骤三:碳化硅铝基复合材料的制备对碳化硅多孔骨架进行检查与测试，选用满足以下条件的碳化硅多孔骨架:外形完整、无裂纹，内部无气孔、无裂纹，碳化硅体积分数α与显气孔率Ψ之和大于等于95%，抗压强度σ彡7Mpa ；将满足上述要求的碳化硅多孔骨架装入石墨底板顶部的阶梯孔中，直至与石墨底板接触，随后将安装有碳化硅多孔骨架的石墨底板压入凹模底部的配合孔中，直至石墨底板与配合孔上方的圆环紧密接触；凹模连同凹模内的碳化硅多孔骨架一同预热到至少650°C后，将熔融的铝液倒入凹模，随后开动压力机，将粘着石墨隔离块的凸模压入凹模的型腔内，压入凹模型腔内的石墨隔离块将压力传递给铝液，铝液受压后随即向将碳化硅多孔骨架浸渗，附着在碳化硅颗粒之间的气体，一部分上浮而排出；一部分随着铝液的浸渗而被挤压向下排出，向下排出的气体穿过石墨底板的排气孔，经由缓冲孔排出凹模，从缓冲孔流出的铝液，接触压力机工作台后被冷却，冷凝而把石墨底板的排气孔堵塞，剩余的气体被压缩至石墨底板顶部的阶梯孔内，继续对铝液施加压力直至冷却，然后脱模，即获得碳化硅体积分数为45% 70%范围内的碳化硅铝基复合材料。所述两种不同粒径的碳化硅材料混合粉，其混合过程依次历经:①交错混粉:将粗颗粒碳化硅与细颗粒碳化硅分层混合；②机械混粉:将碳化硅材料混合粉倒入混料机进行机械混合至少24小时；③无序混粉:筛网过滤碳化硅混合粉。一种中高体分碳化硅铝基复合材料的制备装置，包括压力铸造机，其特征在于:本装置采用的压力铸造机，包括保压/排气装置，该保压/排气装置包括:石墨底板、凹模、石墨隔离块、凸模，所述凹模包括型腔、配合孔、圆环，所述石墨底板开设有阶梯孔、缓冲孔、排气孔，零件结构关系如下:凹模的型腔底部是配合孔，配合孔的上方是起密封作用的圆环，配合孔与石墨底板为过盈配合，型腔与石墨隔离块为过盈配合；石墨底板顶部的阶梯孔与碳化硅多孔骨架是间隙配合，石墨隔离块粘接在凸模上。该装置的工作原理为:熔融的铝液(温度820°C )浇注到凹模后，随即开动压力机，将粘着石墨隔离块的凸模压入凹模的型腔中，在石墨隔离块压入型腔过程中，石墨隔离块把压力传递给凹模中的铝液，铝液受压后，随即向碳化硅多孔骨架浸渗，碳化硅多孔骨架具备一定的抗压强度，受到铝液的压力后不会出现坍塌现象，碳化硅多孔骨架内部的孔隙互相连通，为铝液的流动提供了畅通的通道，随着铝液的不断浸渗，附着在碳化硅多孔骨架孔隙的气体，一部分上浮排出；一部分在铝液的挤压作用下向下排出，向下排出的气体通过石墨底板的排气孔，流经缓冲孔而排出体外，当从缓冲孔流出的铝液接触压力机工作台后，冷凝而把石墨底板的排气孔堵塞，碳化硅多孔骨架剩余的气体可以被压缩至石墨底板顶部的阶梯孔中，阶梯孔设计了足够的空间，可 以容纳从碳化硅多孔骨架向下排出的气体，附着在碳化硅多孔骨架孔隙的气体排空后，继续对铝液施加压力，由于，上方:石墨隔离块与型腔紧密接触本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种中高体分碳化硅铝基复合材料的制备方法，其特征在于：该方法采用压力铸造法，选用两种不同粒径的碳化硅材料作为制备碳化硅铝基复合材料的原料，制备方法具体步骤及其工艺条件如下：步骤一：备料要求碳化硅纯度大于99.6%，颗粒粒径分布的离散度在0.8～1.2之间，颗粒表面干净无油污；采用两种不同粒径的碳化硅材料混合而成的混合粉为原料，所述两种不同粒径的碳化硅材料是指：一种粗颗粒碳化硅与一种细颗粒碳化硅，根据碳化硅体积分数的要求，粗颗粒碳化硅与细颗粒碳化硅按质量比为：1:0.4～4配粉并混合均匀，所述粗颗粒碳化硅的平均粒径选用规格如下：58μm、45μm，细颗粒碳化硅的平均粒径选用规格如下：6.5μm、2.6μm；两种不同粒径的粗细颗粒碳化硅配粉方式为：58μm与6.5μm；45μm与2.6μm；步骤二：制备碳化硅多孔骨架将两种不同粒径的碳化硅材料混合粉倒入石墨模具，根据碳化硅体积分数的要求，选用0.1～15MPa压强，将碳化硅材料压制成型，成型后至少保压15分钟，随后将碳化硅成型件放入高温炉中，至少加热至1600℃，并至少保温2小时，高温炉冷却后，脱模，即可获得碳化硅多孔骨架；步骤三：碳化硅铝基复合材料的制备（1）对碳化硅多孔骨架进行检查与测试，选用满足以下条件的碳化硅多孔骨架：外形完整、无裂纹，内部无气孔、无裂纹，碳化硅体积分数α与显气孔率ψ之和大于等于95%，抗压强度σ≥7Mpa；（2）将满足上述要求的碳化硅多孔骨架装入石墨底板顶部的阶梯孔中，直至与石墨底板接触，随后将安装有碳化硅多孔骨架的石墨底板压入凹模底部的配合孔中，直至石墨底板与配合孔上方的圆环紧密接触；（3）凹模连同凹模内的碳化硅多孔骨架一同预热到至少650℃后，将熔融的铝液倒入凹模，随后开动压力机，将粘着石墨隔离块的凸模压入凹模的型腔内，压入凹模型腔内的石墨隔离块将压力传递给铝液，铝液受压后随即向将碳化硅多孔骨架浸渗，附着在碳化硅颗粒之间的气体，一部分上浮而排出；一部分随着铝液的浸渗而被挤压向下排出，向下排出的气体穿过石墨底板的排气孔，经由缓冲孔排出凹模，从缓冲孔流出的铝液，接触压力机工作台后被冷却，冷凝而把石墨底板的排气孔堵塞，剩余的气体被压缩至石墨底板顶部的阶梯孔内，继续对铝液施加压力直至冷却，然后脱模，即获得碳化硅体积分数为45%～70%范围内的碳化硅铝基复合材料。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：屈盛官，楼华山，李小强，谭幽辉，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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