[發明專利]一種硅與碳化硅混雜增強的鋁基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110062275.4
• 申請日: 2011-03-16
• 公開（公告）號: CN102181753A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 馬俊立;楊軍
• 申請（專利權）人: 西安明科微電子材料有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/10
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 韓翎;李罡

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一、技術領域：

本發明涉及一種金屬基復合材料，尤其是涉及一種超高體積分數鋁碳化硅復合材料及其制備方法。

二、背景技術：

背景技術中，鋁硅復合材料與鋁碳化硅復合材料各有特點，前者具有熱膨脹系數低、密度低、易加工、易鍍層、易焊接等優勢，后者具有熱導率高、強度高、彈性模量高、耐磨性好等優點，因此將兩者的特點結合起來，可以制備出綜合性能優異的硅與碳化硅混雜增強的鋁基復合材料。

三、發明內容：

本發明為了解決上述背景技術中的不足之處，提供一種硅與碳化硅混雜增強的鋁基復合材料及其制備方法，其克服了現有單一鋁硅復合材料或鋁碳化硅復合材料在各自性能方面的不足，硅或碳化硅的體積分數在一定范圍內可以調節，制備成本低，工藝方便，能實現復雜形狀和大尺寸的近凈成形，綜合性能可以任意調節，可靠性高。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為?：

一種硅與碳化硅混雜增強的鋁基復合材料，其特征在于：所述復合材料按體積百分比由碳化硅粗粉0～50%、碳化硅細粉10～20%、碳化硅微粉5～10%、硅細粉10～20%、硅微粉5～40%、金屬鋁元素8～57%、金屬硅元素1.9～2.7%和金屬鎂元素0.1～0.3%組成；所述碳化硅粗粉、碳化硅細粉、碳化硅微粉、硅細粉和硅微粉的粒徑分別為120～210μm、30～63μm、?6～12μm?、30～50μm和6～12μm。

上述復合材料按體積百分比由碳化硅粗粉46～48%、碳化硅細粉21～22%、碳化硅微粉6～8%、硅細粉15～18%、硅微粉8～10%、金屬鋁元素18～22%、金屬硅元素1.9～2.7%和金屬鎂元素0.1～0.3%組成；所述碳化硅粗粉、碳化硅細粉和硅微粉的粒徑分別為120～210μm、30～63μm和6～12μm。

一種硅與碳化硅混雜增強的鋁基復合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

將碳化硅粗粉、碳化硅細粉、碳化硅微粉、硅細粉和硅微粉裝入混料機中混合，再加入添加劑在低壓注射成型壓力下成型；用水玻璃和氧化鋁粉在成型件表面涂掛外殼，經干燥、排蠟和燒結制成帶有外殼的硅與碳化硅混雜預制型；在真空和氣體壓力下將鋁合金液浸滲入硅與碳化硅混雜預制型中，凝固后去除外殼，形成復雜形狀的近凈成形的硅與碳化硅混雜增強鋁基復合材料，其硅與碳化硅的體積分數之和為：40%～80%。

上述添加劑占原料的體積百分比為石蠟9～27%，油酸1～3%。

上述排蠟和燒結工藝為：排蠟升溫速率2℃/min～3℃/min,排蠟溫度100℃～120℃，保溫時間240?min，燒結升溫速率3℃/min～5℃/min，在燒結溫度1050～1100℃燒結2～4小時，冷卻速率為10℃/min～20℃/min。

與現有技術相比，本發明具有的優點和效果如下：

本發明突出的特點是將硅和碳化硅的體積分數在40%～80%之間任意調節，因此復合材料的熱膨脹系數、熱導率、強度、彈性模量、密度、加工性等可根據需要進行調控；金屬鋁、金屬硅和金屬鎂元素可以進行合理搭配，改善了材料的力學性能。采用了帶外殼的預制型，且所用壓力不超過3MPa，因此實現了復雜形狀零件的近凈成形。由于抽真空和加壓浸滲一次性完成，材料致密性高，因此不需要復雜的后續致密化加工。由于這種硅與碳化硅混雜增強的鋁基復合材料的各種性能可在大范圍調節，而且零件可以實現近凈成形，因此可以廣泛用于微電子、功率電子、微波、光電子、航空航天、汽車等領域，具有很好的社會和經濟效益。

四、具體實施方式：

本發明為一種硅與碳化硅混雜增強的鋁基復合材料，按體積百分比由碳化硅粗粉0～50%、碳化硅細粉10～20%、碳化硅微粉5～10%、硅細粉10～20%、硅微粉5～40%、金屬鋁元素8～57%、金屬硅元素1.9～2.7%和金屬鎂元素0.1～0.3%組成；所述碳化硅粗粉、碳化硅細粉、碳化硅微粉、硅細粉和硅微粉的粒徑分別為120～210μm、30～63μm、?6～12μm?、30～50μm和6～12μm。

本發明較佳的一種技術方案為：按體積百分比由碳化硅粗粉46～48%、碳化硅細粉21～22%、碳化硅微粉6～8%、硅細粉15～18%、硅微粉8～10%、金屬鋁元素18～22%、金屬硅元素1.9～2.7%和金屬鎂元素0.1～0.3%組成；所述碳化硅粗粉、碳化硅細粉和硅微粉的粒徑分別為120～210μm、30～63μm和6～12μm。

本發明的制備方法包括以下步驟：