[發(fā)明專利]一種中、低體積分?jǐn)?shù)陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410421975.1
• 申請(qǐng)日: 2014-08-25
• 公開（公告）號(hào): CN104232973A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉君武;吳米貴;賀港;黃杰;尹輝;宋自航;李樹偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/10
• 分類號(hào): C22C1/10;B22D23/04;C22C21/00;C22C21/02;C22C32/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬新材料及其制備工藝領(lǐng)域，尤其涉及一種中、低體積分?jǐn)?shù)陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的具體制備方法繁多，主要分類有：攪拌鑄造法、粉末冶金法以及無壓浸滲法等。攪拌鑄造法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適宜大規(guī)模生產(chǎn)。但由于陶瓷顆粒與液態(tài)鋁合金間浸潤性差導(dǎo)致細(xì)顆粒陶瓷難以攪拌加入加入和分散，且攪拌時(shí)易吸入氣體而形成氣孔和夾雜。粉末冶金熱壓法可以制備出中低高體積分?jǐn)?shù)增強(qiáng)相的鋁基復(fù)合材料，粉末混合工藝可以使增強(qiáng)相在金屬基體中達(dá)到分布均勻。但此工藝設(shè)備復(fù)雜、難以規(guī)模化生產(chǎn)。無壓浸滲法制備陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料不需要昂貴的設(shè)備，具有工藝簡單、可近終成型地制造復(fù)雜零件，成本較固相法和傳統(tǒng)的液相法更低，容易實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

無壓浸滲法制備的陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中增強(qiáng)體的體積分?jǐn)?shù)主要取決于用于無壓浸滲的多孔陶瓷預(yù)制體中增強(qiáng)體所占的體積分?jǐn)?shù)。高孔隙率多孔預(yù)制體的制備方法很多，但目前用的比較多是發(fā)泡法、添加造孔劑法和有機(jī)前驅(qū)體浸漬法等。這幾種方法各有缺點(diǎn)，如發(fā)泡法制備的陶瓷孔隙率高，且一般為閉孔，且為宏觀粗孔，很難達(dá)到毫米以下。有機(jī)前驅(qū)體浸漬法制備的陶瓷孔徑受限制且孔莖內(nèi)留下了三棱柱狀缺陷。添加造孔劑法目前也存在許多缺點(diǎn)，如造孔不均勻，造孔困難等。當(dāng)造孔劑添加量較多時(shí)，燒除造孔劑過程中易出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象；當(dāng)造孔劑添加量較少時(shí)，制備的多孔陶瓷孔隙率不高；用高熔點(diǎn)的可溶性鹽做造孔劑，先燒結(jié)再溶解鹽的工藝會(huì)導(dǎo)致過多玻璃相的生成。目前用造孔劑的方法制備出的多孔陶瓷孔隙率一般在50%以下，最高的也只能達(dá)到70%左右，但能做到60%以上的已經(jīng)很少了。

本發(fā)明先采用水溶性鹽做造法劑制備出了高氣孔率、氣孔分布均勻的蜂窩狀多孔陶瓷預(yù)制件，然后再無壓浸滲液態(tài)鋁合金制備出微結(jié)構(gòu)為高體積分?jǐn)?shù)陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料構(gòu)成三維網(wǎng)絡(luò)骨架、鋁合金基體鑲嵌于網(wǎng)絡(luò)骨架內(nèi)的中、低體積分?jǐn)?shù)陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要針對(duì)目前無壓浸滲難以甚至無法制備出陶瓷體積分?jǐn)?shù)低于30%的陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，其技術(shù)瓶頸主要在于采用現(xiàn)有工藝難以制備出陶瓷體積含量低于30%的多孔陶瓷預(yù)制體。本發(fā)明采用造孔劑法能夠制備出陶瓷體積含量低于30%的多孔陶瓷預(yù)制體，并實(shí)現(xiàn)液態(tài)鋁合金對(duì)多孔預(yù)制體的完好浸滲，制備出中、低體積分?jǐn)?shù)陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

本發(fā)明目的是提供一種用造孔劑法與無壓浸滲法結(jié)合，制備中低體積分?jǐn)?shù)陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的新工藝。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種中、低體積分?jǐn)?shù)陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其特征在于：

其是以鋁合金和陶瓷粉末為主要原料；以聚乙烯醇溶液和陶瓷助燒劑分別為制備多孔陶瓷預(yù)制體的粘結(jié)劑和助燒劑；以水溶性鹽為造孔劑制得。

所述的中、低體積分?jǐn)?shù)陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法,其特征在于：

包括以下步驟：

（1）????高孔隙率陶瓷預(yù)制件的制備

a．按一定的配比稱取陶瓷粉末原料、聚乙烯醇溶液和陶瓷助燒劑先驅(qū)體，將它們充分混合均勻，烘干、研磨并過篩，得陶瓷混合粉備用；

b．將水溶性鹽烘干并研磨，過篩選取一定粒度范圍的水溶性鹽粉體作造孔劑；

c．將準(zhǔn)備好的造孔劑和陶瓷混合粉按一定體積比在滾筒式混料機(jī)上充分混合均勻，然后壓制成素坯；

d．將素坯在120～160℃預(yù)燒1h左右，然后在無水乙醇中充分浸泡，然后迅速轉(zhuǎn)移至水中溶解并除去可溶性鹽；?

e．將除去可溶性鹽的素坯在室溫自然風(fēng)干或烘干，然后于一定溫度下燒結(jié)成具有一定強(qiáng)度的多孔陶瓷預(yù)制體；

（2）????中、低陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備

將燒結(jié)好的多孔陶瓷預(yù)制體置于氮?dú)猸h(huán)境下，在液態(tài)鋁合金熔點(diǎn)以上無壓浸滲處理，即可得到中低體積分?jǐn)?shù)陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

所述的一種中、低體積分?jǐn)?shù)陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：所述的鋁合金指的是Si含量為12wt%、Mg含量為4～8wt%的鋁合金；所述的陶瓷粉末指的是粒度規(guī)格為W7的SiC微粉；所述的陶瓷助燒劑指的是硅溶膠；所述的水溶性鹽指的是氯化鈉。

高孔隙率陶瓷預(yù)制件的制備方法為：

a．按最終制備的SiC混合粉中聚乙烯醇含量為6wt%左右，SiO₂含量為4.5wt%左右的配比稱量SiC微粉、聚乙烯醇溶液和硅溶膠，并將它們充分混合均勻，添加適量的水，烘干造粒，研磨并過360目左右篩得到SiC混合料備用；