[發(fā)明專利]高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310110037.5
• 申請(qǐng)日: 2013-04-01
• 公開（公告）號(hào): CN103194630A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閻峰云;黃會(huì)強(qiáng);陳體軍;馬穎;李元東;李菲;劉洪軍;黃曉鋒;曹馳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘭州理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/05
• 分類號(hào): C22C1/05
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責(zé)任公司 62102
• 代理人: 董斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬基復(fù)合材料的制備和成型技術(shù)，具體地是碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料SiCp/Al作為新一代電子封裝材料和結(jié)構(gòu)材料，具有質(zhì)量輕、比模量高、力學(xué)性能好、耐磨損、導(dǎo)熱率高、熱膨脹系數(shù)低等和在復(fù)雜環(huán)境下尺寸穩(wěn)定等優(yōu)異的綜合性能，在軍事防彈、電子元件封裝、航空航天、汽車、光學(xué)、機(jī)械制造、體育器材等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，制備高體積分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料的方法有壓力浸滲法和無(wú)壓浸滲法。無(wú)壓浸滲工藝即在一定的條件下使金屬熔體在毛細(xì)作用下自發(fā)滲入特定形狀的預(yù)制件中形成復(fù)合材料，浸滲過(guò)程中沒有外加壓力作用，利用反應(yīng)誘發(fā)潤(rùn)濕來(lái)實(shí)現(xiàn)浸滲的復(fù)合成型工藝。

中國(guó)專利CN1644276公開了一種制備高體積分?jǐn)?shù)碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料零件方法，其特征在于：首先采用粉末注射成形技術(shù)制備碳化硅預(yù)成形坯，然后通過(guò)加入其它合金元素來(lái)改善SiC與Al液的潤(rùn)濕性，使鋁液能夠通過(guò)孔隙的毛細(xì)管作用滲透到碳化硅預(yù)制體中，從而獲得高體積分?jǐn)?shù)的SiCp/Al復(fù)合材料。具體工藝為：首先選用SiC與所配置的粘結(jié)劑按照一定的比例在110℃—130℃

混合1.5—2小時(shí)，粉末裝載量為62%—72%，制粒后在注射成形機(jī)上注射成形，得到所需形狀的碳化硅預(yù)制坯，然后采用真空脫脂，脫除粘結(jié)劑，并進(jìn)行預(yù)燒結(jié)獲得具有一定強(qiáng)度和孔隙度的碳化硅骨架，最后將占體積分?jǐn)?shù)為28%—38%的鋁合金置于碳化硅骨架上方，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將熔爐升溫至1100℃﹣1200℃后進(jìn)行無(wú)壓浸滲，保溫1—4小時(shí)，自然冷卻得到復(fù)合材料。

????該方法通過(guò)在鋁液中加入Si和Mg，有效提高了潤(rùn)濕性，并且抑制了有害的界面反應(yīng)。但是此方法制備的復(fù)合材料仍有不足，第一，由于需要制備具有孔隙的預(yù)制坯，難免會(huì)出現(xiàn)閉孔和盲孔，導(dǎo)致制得的復(fù)合材料存在氣孔，而且材料受熱，會(huì)使的氣孔內(nèi)部壓強(qiáng)過(guò)大，產(chǎn)生應(yīng)力缺陷；第二，由于使用Si元素含量較高，材料在冷卻過(guò)程中極易析出粗大的晶粒，使得基體和增強(qiáng)體收縮存在差異而產(chǎn)生殘余應(yīng)力，并且降低復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱導(dǎo)性能。

目前采用碳化硅和鋁合金粉直接混合，將預(yù)制件加熱到熔點(diǎn)以上10—50℃，待合金熔化，利用擠壓技術(shù)制備高體分SiCp/Al復(fù)合材料的方法未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料的制備方法，其步驟為：

（1）采用粒徑為2.5—80μm之間的三種不同粒徑的碳化硅顆粒，根據(jù)不同體積分?jǐn)?shù)要求，按18—20:6—8:1配比準(zhǔn)確稱取碳化硅粉末，經(jīng)過(guò)球磨0.5—2小時(shí)混合均勻；

（2）將純鋁或鋁合金粉末與混合均勻的碳化硅顆粒按照碳化硅體積分?jǐn)?shù)為50%—80%比例混合，攪拌均勻；

（3）選擇蜂蠟做低溫粘結(jié)劑，按照2%—4%比例加入混合好的碳化硅與鋁或鋁合金粉末的混合物中，攪拌均勻，放入壓樣機(jī)經(jīng)120—140Mpa的成型壓力下壓制預(yù)制坯；

（4）將壓制好的的預(yù)制坯在100—140℃烘干2—4小時(shí)保存；

（6）將預(yù)制坯在氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱到鋁或合金熔點(diǎn)以上10—50℃，保溫1—2小時(shí)，待合金熔化后經(jīng)160—200Mpa壓力、保壓5—15分鐘下擠壓成形，制備出碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

與已有的復(fù)合材料制備技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在以下幾方面：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，改善了現(xiàn)有技術(shù)制備碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料存在的缺陷問(wèn)題，通過(guò)對(duì)碳化硅預(yù)氧化和酸洗，除掉了碳化硅中存在的雜質(zhì)，而且有效提高了碳化硅顆粒與鋁基體的潤(rùn)濕性制備出綜合性能優(yōu)良的的復(fù)合材料；選擇不同粒徑碳化硅按一定配比混合，制備出的復(fù)合材料組織結(jié)構(gòu)致密，碳化硅顆粒在基體中分布均勻，無(wú)偏聚現(xiàn)象，具有質(zhì)量輕、比模量高、力學(xué)性能好、導(dǎo)熱率高、耐磨損、熱膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)；本發(fā)明由于預(yù)熱溫度低，從而成功避免生成易水解的界面產(chǎn)物，避免缺陷的產(chǎn)生；本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低、生產(chǎn)流程短、而且易于實(shí)現(xiàn)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明是高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料的制備方法，其步驟為：

（1）采用粒徑為2.5—80μm之間的三種不同粒徑的碳化硅顆粒，根據(jù)不同體積分?jǐn)?shù)要求，按18—20:6—8:1配比準(zhǔn)確稱取碳化硅粉末，經(jīng)過(guò)球磨0.5—2小時(shí)混合均勻；

（2）將純鋁或鋁合金粉末與混合均勻的碳化硅顆粒按照碳化硅體積分?jǐn)?shù)為50%—80%比例混合，攪拌均勻；