[發明專利]一種碳化硅纖維束增強鋁基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710642905.2
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107513675B
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 牛立斌
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: C22C47/06
• 分類號: C22C47/06;C22C47/20;C22C49/06;C22C49/14;C22C101/14
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李婷

本發明公開了一種碳化硅纖維束增強鋁基復合材料的制備方法，采用石英纖維束編織成纖維布，與石墨粉層狀壓制構成碳化硅纖維布，將鋁或鋁合金箔與碳化硅纖維布進行層狀交替疊加，得到復合壓制燒結前的預制體，將預制體進行壓制燒結，冷卻，得到長絲碳化硅纖維束網狀增強鋁基復合材料。制備的碳化硅纖維束網狀增強鋁基復合材料中碳化硅纖維的體積分數為50～60％；復合材料致密度為95.5％～98.7％，密度為2.80～2.90g/cm³，抗彎彈性模量為109Gpa～136Gpa；復合材料熱導率高不小于170W/(m·K)、熱膨脹系數為8.5～12.5x10^?6/K間可調。比目前使用的鋁碳化硅復合材料的熱導率高、增強體SiC體積分數大，比鋁金剛石復合材料的成本低。

技術領域

本發明屬于無機復合材料技術領域，具體涉及一種碳化硅纖維束增強鋁基復合材料的制備方法。

背景技術

碳化硅增強鋁基復合材料中增強體SiC的體積分數越大，熱導率越高、熱膨脹系數越小，同時具有比強度和比剛度高、密度低、耐磨、耐疲勞以及尺寸穩定性性能更好。大量顆粒狀或短纖維狀增強體的加入，會導致復合材料韌性的降低，若能采用長絲纖維狀的碳化硅網做增強體來制備復合材料，必將在確保強度的基礎上，不至于降低韌性。另外碳化硅的脆性大，長絲碳化硅纖維本身就不宜獲得，將其編織成網狀的碳化硅纖維網更不易獲得。尤其對微米級別的碳化硅纖維網，更難以獲得。本專利先利用易得到的石英纖維布與石墨原位反應來獲得碳化硅纖維布，然后再利用碳化硅纖維布增強鋁基體，獲得復合材料。

目前制備碳化硅纖維增強鋁基復合材料常采用外部加入顆粒或短纖維的方式來實現，主要分：(1)粉末冶金法：但孔隙率較大，SiC顆粒主要集中在晶界，在復合材料中的分布不均勻，且結合力有待于提高；熔滲法的滲透效果較差，滲層厚度較小，一般屬于表面處理范疇；(2)攪拌鑄造法：由于SiC與鋁基體的潤濕性較差，導致顆粒很難加入到熔體中。專利(201110427149.4)一種碳化硅增強鋁基復合材料及其制備方法，采用在模具內將碳化硅與鋁粉末進行多次的燒結保溫，程序繁瑣，并且燒結保溫的工藝參數控制不當極可能得不到所需材料。

同時，增強體與基體間的良好結合對復合材料性能的發揮至關重要，但是碳化硅和鋁基體的潤濕性較差，因此，復合材料中增強體與基體間的結合力較弱，因此如何獲得結合力較好的復合材料是非常重要的。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明提出一種碳化硅纖維束增強鋁基復合材料的制備方法。

為實現上述目標，本發明采用如下技術方案：

一種碳化硅纖維束增強鋁基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：用小于1K的石英纖維束編織成纖維布，纖維的絲徑在5-7微米，孔隙率在30-35％左右，厚度為0.12～0.15mm；

步驟二：將步驟一所得纖維布與石墨分層狀壓制，放入真空爐內，在1100～1300℃下，進行1～3h的原位反應，得到碳化硅纖維布；

步驟三：用體積濃度為5-10％的氫氟酸對碳化硅纖維布進行酸洗，除去殘余的石墨，得到表面清潔的碳化硅纖維布，將其裁剪成網片狀；

步驟四：裁剪一定規格的鋁或鋁合金箔，進行表面噴砂粗化處理后備用；

步驟五：將噴砂粗化處理后的鋁或鋁合金箔與碳化硅纖維布進行層狀交替疊加，得到復合壓制燒結前的預制體；

步驟六：將預制體在一定的溫度和壓力下進行壓制燒結，溫度550～670℃，壓力12～20MPa，時間0.5～1.5小時，冷卻后得到碳化硅纖維束網狀增強鋁基復合材料。

優選的，步驟一所述石英纖維束的質量純度為99.92％，直徑為7.5±1.0μm，拉伸強度為1.8～3.5Gpa，模量為140～320Gpa。