[發明專利]一種陶瓷顆粒選擇性增強鋁基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201110083293.0
• 申請日: 2011-04-02
• 公開（公告）號: CN102225461A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發明（設計）人: 曲選輝;章林;何新波;任淑彬;秦明禮
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22D18/02
• 分類號: B22D18/02;B22D19/00;C22C21/10;C04B38/06;C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 北京東方匯眾知識產權代理事務所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

1.一種陶瓷顆粒選擇性增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于：制備方法分為兩個步驟：步驟一是多孔陶瓷坯體的制備；步驟二是擠壓鑄造，一體化成形；

步驟一、多孔陶瓷坯體的制備

多孔陶瓷坯體采用“添加造孔劑+注射成形法”或“添加造孔劑+凝膠注模法”來制備：

1）添加造孔劑+注射成形法

多孔陶瓷坯體的主要原料為粒徑為10~106μm的SiC粉末，采用純度大于98%的Al₂O₃、Y₂O₃和SiO₂粉末作為燒結助劑，用粒徑為100-600μm的聚甲基丙烯酸甲脂充當造孔劑，還添加多聚物組元石蠟基粘結劑；

首先將Al₂O₃、Y₂O₃和SiO₂粉末按6:3:1的重量比混合均勻后制得Al₂O₃-Y₂O₃-SiO₂燒結助劑；然后在SiC粉末中添加SiC粉末重量的5~30%的Al₂O₃-Y₂O₃-SiO₂燒結助劑和1~5%的無機粘結劑，得到混合粉末A；在混合粉末A中添加A體積的10~40%的造孔劑聚甲基丙烯酸甲脂得到混合粉末B；將混合粉末B在球磨機上以150~250轉/分的速度混合8~24小時，向混合均勻的粉末B中加入多聚物組元石蠟基粘結劑后在雙輥擠壓機上進行混煉而得到均勻喂料，其中粉末B占喂料體積的50~68?%；將該喂料在粉末注射成形機上以145~175℃的注射溫度和75~125MPa的注射壓力成形，得到所需形狀的預成型坯；預成型坯先在三氯乙烯溶液中進行溶劑脫脂以脫除部分粘結劑后，然后以0.5~5℃/分的速度升溫到400~800℃以去除大部分粘結劑和造孔劑，最后于1200~1700℃的溫度下在真空氣氛或空氣氣氛中進行燒結，從而得到多孔陶瓷坯體；

2）添加造孔劑+凝膠注模法

采用水基丙烯酰胺凝膠體系對陶瓷粉末進行凝膠注模成形，通過調節造孔劑的添加量來控制孔隙度；首先將丙烯酰胺和N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺按質量比為10:1~40:1進行配比，并按總的質量濃度為10%~30%溶于去離子水中制成均一透明的預混液，然后向預混液中加入步驟1）得到的混合粉末B、混合粉末B體積的0.1%~5%的氨水和混合粉末B體積的0.05%~3%的異辛醇后進行攪拌混合，在N₂保護氣氛下球磨8~24h?獲得懸浮漿料；經過真空除泡后，將漿料注入模具并于40℃~80℃保溫使凝膠反應充分進行，漿料固化成為所需形狀和尺寸的坯體，該坯體再經過真空恒溫干燥后獲得預成型坯；預成型坯以30℃/小時的速度升溫到400~800℃以去除粘結劑和造孔劑，然后于1200~1700℃的溫度下在真空或空氣氣氛中燒結，從而得到多孔陶瓷坯體；

步驟二、擠壓鑄造一體化成形

選用高強鋁合金采用擠壓成形-擠壓鑄造一體化成形技術來制備新型MMC/Al復合材料；所選用的高強鋁合金成分重量百分含量為：6.5~8%的Si、3.5~4.5%的Cu和余量的Al；首先將多孔陶瓷坯體放置在需要增強的部位，隨后在750~1100℃的溫度范圍內將熔融高強鋁合金緩慢注入模具中；在20~50MPa的壓力下強制熔融高強鋁合金填充多孔陶瓷坯體和模腔，浸滲后的陶瓷坯體和鋁合金在壓力的作用下結合為一個整體。

2.如權利要求1所述的陶瓷顆粒選擇性增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于：所述的多聚物組元石蠟基粘結劑成分及重量百分含量為：45~70%的石蠟、10~25%的高密度聚乙烯、15~20%的聚丙烯和5~10%的硬脂酸。

3.如權利要求1所述的制陶瓷顆粒選擇性增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于：所述的高強鋁合金成分重量百分含量為：6~9?%的Zn、1~3?%的Mg、1~3?%的Cu和余量的Al。