[發(fā)明專利]一種碳化硅納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810086070.1
• 申請日: 2018-01-20
• 公開（公告）號: CN108251770A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李斌斌;袁小森;黃海泉;毛幫笑;湯浩;饒志遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: C22C49/06
• 分類號: C22C49/06;C22C49/14;C22C47/08;C23C16/32;B82Y40/00;C22C101/14
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本發(fā)明公開了一種碳化硅納米線預(yù)制體增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備方法，涉及鋁基復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明擬解決現(xiàn)有碳化硅納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備存在工序復(fù)雜，碳化硅納米線加入分布不均勻，發(fā)生團(tuán)聚的問題。碳化硅納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由碳化硅納米線預(yù)制體和鋁金屬組成。通過常壓CVD法在碳泡棉基體上原位生長碳化硅納米線，通過高溫氧化去除碳泡棉基體得到碳化硅納米線預(yù)制體。通過高壓浸漬法將鋁液填充碳化硅納米線預(yù)制體，冷卻得到碳化硅納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。本方法采用CVD原位生長碳化硅納米線預(yù)制體，預(yù)制體中碳化硅納米線通過原位生長自交聯(lián)，結(jié)合力好，納米線分布均勻，密度易于控制，不需壓制成型。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋁基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

納米材料的加入可以顯著提高金屬材料的強(qiáng)度，因此近幾年來成為研究的熱點。目前增強(qiáng)金屬的納米添加材料包括納米級陶瓷顆粒，碳納米管、納米線和石墨烯等。納米增強(qiáng)體主要的增強(qiáng)機(jī)理包括裂紋偏轉(zhuǎn)和阻止裂紋擴(kuò)展，因此為了達(dá)到應(yīng)有的效果必須克服所加入的納米增強(qiáng)體的團(tuán)聚，分散不均勻和納米增強(qiáng)體與金屬基體結(jié)合力差的問題。因此如何在保證納米材料分散均勻的條件下提高納米增強(qiáng)體在金屬基體中的含量是提高納米材料增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料力學(xué)性能的關(guān)鍵問題。

由于碳化硅納米線的巨大比表面積，巨大的長徑比及其高強(qiáng)度，耐高溫性等優(yōu)異性能使得碳化硅納米線成為增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的首選添加材料。但是由于碳化硅納米線表面能較大且碳化硅納米線長徑比較大，因此碳化硅納米線在金屬基體中發(fā)生嚴(yán)重的團(tuán)聚，限制了碳化硅納米線性能的發(fā)揮。碳化硅納米線的外部添加方式成為阻礙碳化硅納米線增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料制備的關(guān)鍵問題。文獻(xiàn)“碳纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料”采用連續(xù)碳纖維增強(qiáng)鋁金屬，得到了低密度，高強(qiáng)度的鋁基復(fù)合材料，但是碳纖維直徑較大，且不耐高溫，與碳化硅納米線預(yù)制體增強(qiáng)相比還是有一定差距。T.Jintakosol等采用超聲分散碳化硅納米線，然后采用粉末冶金法制備了體積分?jǐn)?shù)為5％-15％的碳化硅納米線增強(qiáng)純鋁復(fù)合材料，使得鋁基復(fù)合材料的耐磨性及強(qiáng)度大大提高，但是其密度低于鋁和碳化硅材料的密度因此其有內(nèi)部有孔隙，致密性較差；Yang等人采用超聲分散碳化硅納米線漿料，然后采用壓力浸滲法制備了碳化硅納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，所得材料致密度高，碳化硅納米線與鋁基體界面結(jié)合良好其彎曲強(qiáng)度超過1000MPa，說明壓力浸滲法適合碳化硅納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備，但是此中碳化硅納米線的添加方式依然為外部漿料加入方式，引入大量雜質(zhì)，限制了碳化硅納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料性能。專利號為201610565755.2的專利采用碳化硅納米線壓制成型法制備了碳化硅納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，所制備的鋁基復(fù)合材料碳化硅納米線體積分?jǐn)?shù)為35％左右，采用預(yù)先壓制成型制備了碳化硅納米線預(yù)制體之后采用壓制法使鋁液進(jìn)入納米線預(yù)制體。其采用的是預(yù)先壓制成型法制備碳化硅納米線預(yù)制體，所制備的碳化硅納米線預(yù)制采用外界壓力而成，結(jié)合力差，孔隙率小，不易于鋁液在其中的浸滲，均勻分布。專利號為201710316026.0的專利采用先將納米線與鋁液混合然后再在半固態(tài)下擠壓成型的方法，此種方法并沒有解決納米線含量少，與鋁接觸面積少，分布不均勻，發(fā)生團(tuán)聚等問題。因此現(xiàn)有技術(shù)的制備方法大大限制了碳化硅納米線在增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料方面的作用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種碳化硅納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備方法，所制備的碳化硅納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料強(qiáng)韌性好，致密度高，復(fù)合材料中碳化硅納米線預(yù)制件通過原位生長一次成型，碳化硅納米線長徑比大，納米線含量大，純度高，分布均勻，形成納米級空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得碳化硅納米線在鋁基體中分布均勻，與鋁金屬結(jié)合力強(qiáng)。

一種碳化硅納米線增強(qiáng)碳化硅陶瓷基復(fù)合材料，包括超長碳化硅納米線，鋁基體；所述碳化硅納米線的平均直徑為20nm-80nm，平均長度為1mm-10mm，所述的超長碳化硅納米線通過原位生長自交聯(lián)組成均勻的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的預(yù)制體，所述鋁基體填充于超長碳化硅納米線預(yù)制體的孔隙之中，所述碳化硅納米線預(yù)制體與鋁基體體積比為1∶1。

一種碳化硅納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：