[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 |
| 地址: | 150001 黑龍*** | 國省代碼: | 黑龍江;23 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 一種 陶瓷 顆粒 增強 泡沫 復(fù)合材料 制備 方法 | ||
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。
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