[發明專利]一種陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 200910311433.8
• 申請日: 2009-12-15
• 公開（公告）號: CN101876009A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發明（設計）人: 李愛濱;任偉;曹國劍;耿林;崇嚴;李峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及一種泡沫鋁基復合材料的制備方法。

背景技術

陶瓷顆粒(如SiC，SiO₂，TiB₂，Al₂O₃，Si₃N₄和TiC)增強泡沫鋁基復合材料是最近幾年發展起來的一種新型泡沫金屬材料。它在保持泡沫鋁合金良好的功能特性(如減振、阻尼、吸音、隔音、散熱、吸收沖擊能、電磁屏蔽)的基礎上，由于加入高強度、高硬度的陶瓷顆粒，使材料的室溫和高溫力學性能(如抗拉強度、屈服強度和剛度)明顯增加，完全具備了提高泡沫金屬材料力學性能的內在潛力。因此陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復合材料的制備和性能研究備受國內外關注。

目前，制備陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復合材料的常規方法是熔體發泡法，其使用最普遍的發泡劑為TiH2。熔體發泡法是首先熔化金屬，然后將陶瓷顆粒加入到液態金屬中，攪拌均勻后，再將發泡劑TiH2加入，TiH2在高溫下分解產生氣體，從而使金屬液體中含有許多氣泡，冷卻后即得到陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復合材料。該方法存在的主要缺陷為：氣泡分布不均勻且局部氣泡尺寸過大，操作較難控制，工藝上不穩定等問題。此外，發泡劑TiH2價格昂貴，初始分解溫度低，高溫熱分解速度快，使得氣泡在金屬熔體中的分布和長大難于控制，往往需要進行氧化或包覆處理，復雜了制備工藝，提高了生產成本。因此，陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復合材料有必要進一步完善制備工藝，從而降低成本，提高鋁基復合材料的力學性能。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有熔體發泡法采用的發泡劑TiH₂價格昂貴、需要預處理、分解速率難控制，導致生產成本高、得到的泡沫鋁基復合材料氣孔分布不均勻的問題，本發明提供了一種陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復合材料的制備方法。

本發明的一種陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復合材料的制備方法是通過以下步驟實現的：一、按體積百分數將65％～94％的鋁合金粉、5％～30％的陶瓷顆粒和1％～5％的CaCO₃粉末混合后的原料粉體放入混粉機中機械混粉8～24h，得混合粉體；二、將混合粉體裝入石墨模具內，再將石墨模具放入真空熱壓燒結爐中，然后抽真空至0.01～0.1Pa，再加熱至500～650℃，然后再向石墨模具中的混合粉體上施加10～30MPa的壓力，并保壓30～120min，然后隨爐冷卻至室溫，退模，得預制體；三、將預制體加熱至400～550℃，然后保溫20～60min后采用正擠壓方式進行熱擠壓變形，其中擠壓比為9∶1～36∶1；四、將經步驟三處理后的預制體加熱至660～740℃，并保溫6～16min后冷卻至室溫，即得陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復合材料。

本發明采用粉末冶金發泡法，工藝簡單，操作簡易，并且原材料來源便利，價格低廉的CaCO₃粉末作為發泡劑，低成本地制備得到了氣孔分布均勻的陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復合材料。

本發明采用CaCO₃粉末作為發泡劑，CaCO₃在600℃以上就會發生分解產生二氧化碳氣體，分解反應式為：CaCO₃＝CaO+CO₂↑。與TiH₂發泡劑相比，CaCO₃不僅價格低廉，且無需采取復雜的預處理；加熱分解發泡時，分解速度相對平緩，有利于生成穩定的氣泡，可以很好地控制泡沫鋁基復合材料的孔結構，氣孔分布可控。本發明利用步驟四的加熱發泡處理最終得到的陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復合材料的孔隙率為40％～82％，密度在0.5～1.68g/cm³，結構均勻，強度增加。

本發明的陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復合材料的孔徑為0.5～2mm，孔徑分布均一，增加了復合材料的結構的均勻性，提高了復合材料的壓縮屈服強度，高達36～70MPa，比現有制備方法得到的陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復合材料的壓縮屈服強度(5～25MPa)提高了1.45～14倍。

本發明的制備方法同時采用了固態熱壓燒結和熱擠壓變形工藝，可制備形狀復雜的預制品，而且工藝簡單，成本低，便于產業化生產。

附圖說明

圖1是具體實施方式一的陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復合材料的外觀形貌圖。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。