[發明專利]高強度層狀Al基金屬陶瓷復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410072030.3
• 申請日: 2014-02-28
• 公開（公告）號: CN103895285A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 沈平;阿拉騰沙嘎;奚巨偉;孫暢;姜啟川
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B32B15/04
• 分類號: B32B15/04;B32B9/04;C22C21/02;C04B35/565;C04B35/56;C04B35/10;C04B38/00;C04B35/622
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 齊安全;胡景陽

1.一種高強度層狀Al基金屬陶瓷復合材料，其特征在于，所述的高強度層狀Al基金屬陶瓷復合材料是指高強度層狀結構Al-Si-Mg/Al₂O₃復合材料、高強度層狀結構Al-Si-Mg/SiC復合材料與高強度層狀結構Al-Si-Mg/TiC復合材料；

高強度層狀Al基金屬陶瓷復合材料包括陶瓷粉與Al-Si-Mg合金；

高強度層狀Al基金屬陶瓷復合材料中陶瓷粉的體積分數為20%～40vol%；Al-Si-Mg合金體積分數為80%～60vol%，Al-Si-Mg合金中所含鋁的質量比為75～84wt%，所含硅的質量比為10～15wt%，所含鎂的質量比為6～10wt%。

2.按照權利要求1所述的高強度層狀Al基金屬陶瓷復合材料，其特征在于，所述的陶瓷粉包括固相陶瓷Al₂O₃粉、固相陶瓷SiC粉與固相陶瓷TiC粉，三種陶瓷粉顆粒直徑均為1～10μm。

3.按照權利要求1所述的高強度層狀Al基金屬陶瓷復合材料，其特征在于，所述的高強度層狀Al基金屬陶瓷復合材料中陶瓷層和金屬層相間分布，陶瓷層厚度均為20～100μm，合金層厚度為20～100μm。

4.一種制備權利要求1所述的高強度層狀Al基金屬陶瓷復合材料的方法，其特征在于，所述的高強度層狀Al基金屬陶瓷復合材料制備方法的步驟如下：

1）水基陶瓷漿料的配制：

將分散劑和粘接劑分別溶于60℃的去離子水溶液中，再和陶瓷Al₂O₃粉或陶瓷SiC粉或陶瓷TiC粉混合，并采用轉速為100r/min的行星式球磨機球磨12h制成漿料，球磨后的漿料再真空攪拌除氣20min，攪拌速度為80～100r/min制成水基陶瓷漿料；

2）定向凝固：

把水基陶瓷漿料注入聚四氟乙烯模具中，在-10℃～-30℃的低溫浴中進行定向凝固，水在結冰的過程中，把陶瓷Al₂O₃顆粒或陶瓷SiC顆?；蛱沾蒚iC顆粒排擠到冰晶的間隙中，形成定向層狀排列，得到具有定向分布的冷凍陶瓷Al₂O₃坯體或冷凍陶瓷SiC坯體或冷凍陶瓷TiC坯體；

3）冷凍干燥：

將冷凍陶瓷Al₂O₃坯體或冷凍陶瓷SiC坯體或冷凍陶瓷TiC坯體脫模后迅速放入冷凍干燥儀中，進行真空狀態下冰晶的升華去除，冷凍溫度為-50℃，真空度為10Pa，干燥時間為24h；

4）坯體的燒結：

把干燥后的陶瓷Al₂O₃坯體或陶瓷SiC坯體或陶瓷TiC坯體進行高溫燒結，得到具有定向孔隙結構的多孔陶瓷；

5）合金的熔煉：

按質量比準確稱取鋁、鎂、硅，所述鋁的含量為84～75wt%，所述硅的含量為10～15wt%，所述鎂的含量為6～10wt%，在800℃的高溫爐里吹Ar氣熔煉，再澆注到鐵模中，制備出長方體形鋁合金塊；

6）無壓浸滲：

將Al-Mg-Si合金塊置于層狀多孔陶瓷坯體上，一起放入高溫爐中，先將高溫爐抽真空至100Pa以下，再通入高純N₂，使爐內壓強達0.10～0.12MPa，以5℃/min升溫至800～950℃，保溫0.5～4h，然后5℃/min冷卻至室溫，制得高強度層狀結構Al基陶瓷復合材料，Al-Mg-Si合金的最高浸滲深度為25mm。

5.按照權利要求4所述的高強度層狀Al基金屬陶瓷復合材料，其特征在于，所述的分散劑包括有聚丙烯酸銨、聚甲基丙烯酸鈉與羧甲基纖維素鈉；粘接劑采用聚乙烯醇。

6.按照權利要求4所述的高強度層狀Al基金屬陶瓷復合材料的制備方法，其特征在于，所述的具有定向分布的冷凍陶瓷Al₂O₃坯體或冷凍陶瓷SiC坯體或冷凍陶瓷TiC坯體皆為圓柱體，其直徑為12～20mm，高度為15～25mm。

7.按照權利要求5所述的高強度層狀Al基金屬陶瓷復合材料的制備方法，其特征在于，所述的陶瓷Al₂O₃坯體或陶瓷SiC坯體或陶瓷TiC坯體進行高溫燒結的工藝參數為：0～300℃升溫速度為4℃/min，300℃時保溫30min，300～900℃升溫速度為5℃/min，900℃時保溫30min，然后繼續以5℃/min升到預定溫度1100～1500℃，保溫2～3h。