[發明專利]一種制備高體分SiCp/Al復合材料的致密化工藝

有效

• 申請號: 201710720267.1
• 申請日: 2017-08-21
• 公開（公告）號: CN107513634B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發明（設計）人: 劉海洋;余先鋒;牛仕龍;張輝
• 申請（專利權）人: 湖南金馬鋁業有限責任公司;湖南恒裕新材料科技發展有限公司
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C29/06;B22F3/14
• 代理公司: 北京卓恒知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11394
• 代理人: 唐曙暉;劉明芳

本發明涉及一種制備高體分SiCp/Al復合材料的致密化工藝，該工藝包括：將SiC粉末和鋁粉按照50?80％:20?50％，優選50?60％:40?50％的體積比加入到球磨機中進行混料，將球磨混料后的混合粉末裝入模具中冷壓成型，將冷壓坯放入真空熱壓機中進行熱壓燒結，其中，在熱壓燒結的升溫過程中開始施加壓力，并在升溫至560?635℃的熱壓溫度下保溫的同時，在28?65MPa的熱壓壓力下保壓，所述％以SiC粉末和鋁粉的總體積為基準計。

技術領域

本發明屬于粉末冶金技術領域，涉及一種制備高體分SiCp/Al復合材料的致密化工藝。

背景技術

SiC_p/Al復合材料作為顆粒增強鋁基復合材料中的最常用的一類，是由鋁或者鋁合金作為基體連續相，通過添加碳化硅顆粒增強相來強化材料性能的復合材料。SiC_p/Al復合材料的性能取決于鋁基體和碳化硅顆粒的尺寸、含量、形狀、分布和材料的加工方式等。相對于其他材料，SiC_p/Al復合材料主要具有以下性能特點：(1)較高的比強度、比剛度和低密度；(2) 耐磨性好；(3)低的熱膨脹系數、尺寸穩定性好；(4)良好的導熱性能；(5)制造成本低。

SiC_p/Al復合材料根據所加入碳化硅成分配比的不同和制備工藝的不同，被分為結構級、儀表級、光學級和電子封裝級等功能型SiC_p/Al復合材料。其中光學/儀表級的(30％≤SiC≤50％)SiC_p/Al復合材料具有很好的功能化特性，它們的比模量比傳統航空材料鈦合金和鋁合金高出一倍，光學/儀表級SiC_p/Al復合材料的尺寸穩定性比普遍使用的鈹材還要優越，不僅如此，光學/儀表級SiC_p/Al復合材料還具備與鋼材和鈹材相差無幾的低線膨脹系數，由于鈹材本身有劇毒，脆性大導致材料加工困難，使鈹材的工業化應用受到了很大限制，越來越多的鈹材慣性器被換成了光學/儀表級SiC_p/Al復合材料，并被譽為“第三代航空航天慣性器件材料”，在眾多先進飛行器的零件上已成功得到應用，例如這類復合材料已被美軍應用于制造慣性環形激光陀螺制導系統和三叉戟導彈的慣性導向球；該種材料還在EA-6B型預警機、火星“探路者”和“卡西尼”深空探測器等航天器上都有較為成熟的應用。另外在光學精密構件上的應用也越來越受到重視；電子封裝級的(SiC≥50％)SiC_p/Al復合材料由于兼備了鋁基體和碳化硅顆粒這二相的優點，即傳熱性能優異、材料尺寸穩定性高、比強度高、原料價格低廉等，這些材料屬性使得SiC_p/Al復合材料成為了應用前景廣闊的“第三代電子封裝材料”。具體來說，這種材料的綜合性能優點表現在以下幾個方面:(1)材料性能可依照實際應用要求進行調整；例如，通過改變所添加的碳化硅顆粒的百分比、作為鋁基體所選擇的鋁合金成分和SiC_p/Al 復合材料的材料制備工藝來調整材料最終的熱導率和線膨脹系數。(2)良好的力學性能，結構級SiC_p/Al復合材料由于它的高比強度和高比彈性模量愈來愈多的應用于飛機結構件上。(3) 材料制備成本低，首先，與其他晶須型、纖維型增強項相比，碳化硅顆粒價格較低，來源豐富。另外采用合適的制備工藝方法，SiC_p/Al復合材料可以實現產品的凈成形或近凈成形，大大提高材料工業化生產的效率。美國單座雙發高隱身性第五代戰斗機上的電子儀表儀器和高功率的電子設備上都普遍采用電子封裝級SiC_p/Al復合材料來取代傳統的電子封裝材料，質量僅為傳統封裝構件的30％，減重效果十分突出；并且制備工藝成熟的電子封裝級SiC_p/Al復合材料的導熱性能優異(熱導率可達到180W/m.k)，可以將大功率電子元器件所產生的熱量快速傳導出去，穩定電子元器件的工作溫度，對提升電子設備運行的穩定性有非常重大的作用。并且國外軍方也把傳統的用鎢銅合金制造的軍事雷達的電子封裝底座改為用電子封裝級 SiC_p/Al復合材料取代，其SiC_p/Al復合材料底座質量只有傳統底座的20％左右。