[發(fā)明專利]一種碳化硅纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910799424.1
• 申請日: 2019-08-28
• 公開（公告）號: CN110396652A
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳照峰;廖家豪
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州宏久航空防熱材料科技有限公司
• 主分類號: C22C47/06
• 分類號: C22C47/06;C22C47/04;C22C47/12;C22C49/06;C22C49/14;C22C101/14;C22C121/02
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本發(fā)明公開了一種碳化硅纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，由碳化硅纖維、金屬界面層、增強(qiáng)顆粒和鋁合金組成。制備方法：（1）將碳化硅纖維預(yù)制體放入高溫?zé)崽幚頎t中除膠處理；（2）將除膠處理好的碳化硅纖維預(yù)制體用蒸餾水超聲清洗并烘干；（3）采用化學(xué)鍍法烘干好的碳化硅纖維預(yù)制體內(nèi)制備一層金屬界面層；（5）將增強(qiáng)顆粒均勻添加到鋁合金熔液中，并將鋁合金熔液浸滲到制備好界面層的預(yù)制體中，得到碳化硅纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明解決了碳化硅纖維和鋁合金的界面相容性問題，明顯提高了鋁合金對碳化硅纖維的潤濕性，充分發(fā)揮了碳化硅纖維增韌補(bǔ)強(qiáng)的作用。本發(fā)明制備的復(fù)合材料性能優(yōu)異，是航空航天領(lǐng)域重要的候選先進(jìn)復(fù)合材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋁基復(fù)合材料及其制備方法，特別涉及一種碳化硅纖維增強(qiáng)復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋁基復(fù)合材料因具有密度低、高比強(qiáng)、高比模、高耐磨性和低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)異特性，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到航空航天、汽車、電子封裝等領(lǐng)域。但隨著科技的發(fā)展，尤其是航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿囊笕找嫣岣撸惹行枰獙︿X基復(fù)合材料進(jìn)行性能提升。目前，鋁基復(fù)合材料主要分為顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料和纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料雖然具有較高的強(qiáng)度，但是其斷裂韌性較差，使用可靠性不足；纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，尤其是連續(xù)纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料既能保證復(fù)合材料的強(qiáng)度，又能提高材料的斷裂韌性和抗沖擊性能等。而纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料目前主要使用碳纖維，碳纖維由于會和鋁反應(yīng)，導(dǎo)致纖維強(qiáng)度下降，所以必須對碳纖維進(jìn)行多次界面處理，使材料的制備工藝更加復(fù)雜。

碳化硅纖維作為一種典型的高性能陶瓷纖維，其與鋁的界面相容性較好，二者不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且碳化硅纖維具有良好的耐高溫性能和耐氧化性能，將其用于鋁基復(fù)合材料可以有效提高材料的強(qiáng)度、耐溫性能、耐腐蝕性能和斷裂韌性等。

授權(quán)公告號為CN107513675B的中國發(fā)明專利公開了一種碳化硅纖維束增強(qiáng)鋁基復(fù)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(gòu)成碳化硅纖維布，將鋁或鋁合金箔與碳化硅纖維布進(jìn)行層狀交替疊加，得到復(fù)合壓制燒結(jié)前的預(yù)制體，將預(yù)制體進(jìn)行壓制燒結(jié)，冷卻，得到長絲碳化硅纖維束網(wǎng)狀增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。

授權(quán)公告號為CN108385040B的中國發(fā)明專利公開了一種短切碳纖維增強(qiáng)鎂鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：提供碳化鋯粉末以及碳化硅粉末；對碳化鋯粉末以及碳化硅粉末進(jìn)行球磨，得到第一混合粉末；對第一混合粉末進(jìn)行冷等靜壓，得到第一增強(qiáng)顆粒塊體；對第一增強(qiáng)顆粒塊體進(jìn)行真空熱處理，得到第二增強(qiáng)顆粒塊體；將鎂鋁金屬錠以及第二增強(qiáng)顆粒塊體放入真空加熱爐中進(jìn)行復(fù)合熱處理，得到顆粒增強(qiáng)鎂鋁金屬液；提供短切碳纖維，并對短切碳纖維進(jìn)行預(yù)熱；對顆粒增強(qiáng)鎂鋁金屬液進(jìn)行半固態(tài)攪拌，在半固態(tài)攪拌的過程中，向顆粒增強(qiáng)鎂鋁金屬液中加入經(jīng)過預(yù)熱的短切碳纖維，得到短切碳纖維增強(qiáng)鎂鋁金屬液；使用短切碳纖維增強(qiáng)鎂鋁金屬液進(jìn)行澆注，得到短切碳纖維增強(qiáng)鎂鋁基復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種碳化硅纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其制備方法，從而克服現(xiàn)有材料及技術(shù)的缺點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種碳化硅纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，體積密度為2.3~2.7g/cm³，由碳化硅纖維、金屬界面層、增強(qiáng)顆粒和鋁合金組成，其特征在于碳化硅纖維預(yù)先編織成預(yù)制體，金屬界面層包裹在碳化硅纖維表面，增強(qiáng)顆粒和鋁合金填充在碳化硅纖維預(yù)制體中；所述的碳化硅纖維預(yù)制體結(jié)構(gòu)為單向纖維氈、纖維布疊層、2.5D、三維編織和針刺碳?xì)种械囊环N，纖維體積分?jǐn)?shù)為20~40%；所述的金屬界面層為銅和鎳中的一種；所述的增強(qiáng)顆粒為SiC、Al₂O₃、TiC和ZrC中的一種，增強(qiáng)顆粒體積分?jǐn)?shù)為0.5~5%，增強(qiáng)顆粒粒徑為0.5~5μm。

一種碳化硅纖維增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括下述順序的步驟：

（1）將碳化硅纖維預(yù)制體放入高溫?zé)崽幚頎t中除膠處理，處理溫度為300~500℃，處理時間為0.5~2h；