[發明專利]鍍覆Ti5Si3層SiC的制備方法及其在粉末冶金制備鋁基復合材料中的應用

在審

• 申請號: 201610125378.3
• 申請日: 2016-03-07
• 公開（公告）號: CN105779800A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 姜啟川;楊得龍;邱豐;趙慶龍;沈平
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C21/00;C22C32/00;B22F1/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 朱世林

技術領域

本發明屬于顆粒增強金屬基復合材料制備方法領域，尤其是涉及一種鍍覆Ti₅Si₃層的 SiC顆粒的制備方法和一種采用鍍覆Ti₅Si₃層SiC顆粒，通過半固態粉末燒結制備鋁基復合 材料的方法。。

背景技術

由于SiC顆粒增強鋁基復合材料具有高的比強度、比剛度、比模量以及良好的抗磨損和 抗腐蝕等性能，所以其得到了越來越多的關注。同時，其在航空、航天、汽車和電子封裝等 領域得到了越來越廣泛的應用和發展。目前，最為常用的制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的 方法有粉末冶金法、攪拌鑄造法、無壓和壓力浸滲法，噴射沉積以及攪拌摩擦焊等方法。在 這些制備方法中，粉末冶金以其獨有的近成型性、成分精確可控以及顆粒分散均勻性較高等 優點得到了復合材料界越來越多的關注。同時，粉末冶金法制備的SiC顆粒增強鋁基復合材 料在航空、航天、汽車和電子封裝領域得到了越來越多的應用。由于傳統粉末冶金法制備的 SiC顆粒增強鋁基復合材料的工藝是：①直接采用商業SiC顆粒或將商業SiC顆粒進行表面 預氧化處理后與鋁合金粉末進行均勻混合，混合后壓制成坯料；②將壓制好的坯料進行燒結， 燒結溫度一般遠低于基體合金的熔點，靠合金粉體之間的固態擴散結合為一體。所以在采用 傳統粉末冶金法制備的SiC顆粒增強鋁基復合材料中一直存在的難以解決的關鍵問題是：① 常常存在一定數量微觀尺度上的孔隙，這些微觀孔隙往往會作為裂紋源；②SiC顆粒與鋁基 體之間為物理結合，導致復合材料中的SiC顆粒與鋁基體之間的界面易產生脫粘開裂。上述 關鍵問題導致復合材料性能降低。

國內外學者嘗試通過對增強體表面改性來解決在粉末冶金法制備的SiC顆粒增強鋁基 復合材料中SiC顆粒與鋁基體之間界面易脫粘開裂以及復合材料中存在孔隙的瓶頸問題。研 究了對SiC顆粒表面進行化學鍍金屬(例如Cu、Ni和Ag等)，通過金屬離子與還原劑在溶 液內發生氧化還原反應得到金屬鍍層，并沉積在SiC顆粒表面，提高復合材料中SiC顆粒與 鋁基體的界面結合能力。然而這些金屬涂層與SiC顆粒之間是通過物理作用力結合，強度較 低，且涂層易與鋁基體發生反應，生成脆性如NiAl₃和Al₂Cu等金屬間化合物，從而限制了 復合材料性能的提高。同時，上述處理方法成本較高，大規模產業化應用受到限制。

我們發現在SiC顆粒表面鍍覆Ti₅Si₃層得到了意想不到的效果，Ti₅Si₃層在半固態粉末 燒結制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的過程中Ti₅Si₃相完全轉變為Al₃Ti相。Al₃Ti相與鋁合 金熔體的潤濕性好，解決了SiC顆粒與鋁基體之間界面易脫粘開裂以及復合材料中存在孔隙 的瓶頸問題，同時，顯著提高了SiC顆粒增強鋁基復合材料的致密度和力學性能。SiC顆粒 表面鍍覆Ti₅Si₃層工藝簡單，成本低廉，易于大規模產業化生產。

技術內容

本發明的目的是提供一種半固態粉末燒結制備鍍覆Ti₅Si₃層的SiC顆粒增強鋁基復合材 料的制備方法，此方法制備的SiC顆粒增強鋁基復合材料獲得了意想不到的效果，使組織致 密、無孔隙、SiC顆粒與鋁基體之間的界面結合良好，力學性能得到顯著提高。

本發明的上述目的是通過以下技術方案實現：

一種鍍覆Ti₅Si₃層的SiC顆粒的制備方法，按以下步驟進行：

(1)按照Ti占Ti與SiC混合粉質量比為5％-20％的比例稱取SiC粉、Ti粉、NaCl以及 BaCl₂粉。NaCl+BaCl₂在復合粉體中的質量比為30％-50％。稱量好的SiC粉、Ti粉、NaCl 以及BaCl₂粉在星式混料機中以100轉/分鐘的轉速混合4-8小時；

(2)將步驟(1)中混合均勻的粉體裝入剛玉坩堝并壓實；