[發(fā)明專利]一種陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復(fù)合材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910311433.8
• 申請日: 2009-12-15
• 公開（公告）號: CN101876009A
• 公開（公告）日: 2010-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李愛濱;任偉;曹國劍;耿林;崇嚴(yán);李峰
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 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(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種泡沫鋁基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

陶瓷顆粒(如SiC，SiO₂，TiB₂，Al₂O₃，Si₃N₄和TiC)增強泡沫鋁基復(fù)合材料是最近幾年發(fā)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(chǔ)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(xué)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(xué)性能的內(nèi)在潛力。因此陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復(fù)合材料的制備和性能研究備受國內(nèi)外關(guān)注。

目前，制備陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復(fù)合材料的常規(guī)方法是熔體發(fā)泡法，其使用最普遍的發(fā)泡劑為TiH2。熔體發(fā)泡法是首先熔化金屬，然后將陶瓷顆粒加入到液態(tài)金屬中，攪拌均勻后，再將發(fā)泡劑TiH2加入，TiH2在高溫下分解產(chǎn)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(fù)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(wěn)定等問題。此外，發(fā)泡劑TiH2價格昂貴，初始分解溫度低，高溫?zé)岱纸馑俣瓤欤沟脷馀菰诮饘偃垠w中的分布和長大難于控制，往往需要進(jìn)行氧化或包覆處理，復(fù)雜了制備工藝，提高了生產(chǎn)成本。因此，陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復(fù)合材料有必要進(jìn)一步完善制備工藝，從而降低成本，提高鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

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

本發(fā)明的一種陶瓷顆粒增強泡沫鋁基復(fù)合材料的制備方法是通過以下步驟實現(xiàn)的：一、按體積百分?jǐn)?shù)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(nèi)，再將石墨模具放入真空熱壓燒結(jié)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(yù)制體；三、將預(yù)制體加熱至400～550℃，然后保溫20～60min后采用正擠壓方式進(jìn)行熱擠壓變形，其中擠壓比為9∶1～36∶1；四、將經(jīng)步驟三處理后的預(yù)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(fù)合材料。

本發(fā)明采用粉末冶金發(fā)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(fā)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(fù)合材料。

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

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

本發(fā)明的制備方法同時采用了固態(tài)熱壓燒結(jié)和熱擠壓變形工藝，可制備形狀復(fù)雜的預(yù)制品，而且工藝簡單，成本低，便于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

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(fù)合材料的外觀形貌圖。

具體實施方式

本發(fā)明技術(shù)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。