[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)度SiC納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010103000.X
• 申請(qǐng)日: 2020-02-19
• 公開（公告）號(hào): CN111235496B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊文澍;武高輝;杜蘭;姜龍濤;張強(qiáng);修子揚(yáng);陳國(guó)欽;喬菁;康鵬超;芶華松
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C47/04
• 分類號(hào): C22C47/04;C22C47/06;C22C47/12;C22C49/06;C22C49/14;C22C101/14
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 李紅媛

一種高強(qiáng)度SiC納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，涉及一種鋁基復(fù)合材料及其制備方法。目的是解決現(xiàn)有方法制備含有三維連續(xù)碳化硅增強(qiáng)體的鋁基復(fù)合材料的成本高的問題。方法：將SiC納米線預(yù)分散及表面PVA包覆，放入鋼模具中進(jìn)行壓制得到SiC納米線預(yù)制體，預(yù)制體在保護(hù)氣氛預(yù)熱，然后切換為氧氣氣氛下加熱并保溫，最后進(jìn)行熔融的鋁金屬的制備和壓力浸滲。本發(fā)明給通過將SiC納米線制成三維連續(xù)結(jié)構(gòu)，從而提高了SiC納米線的承載能力，最終提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。本發(fā)明適用于高強(qiáng)度SiC納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備。

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。

背景技術(shù)

近年來，納米金屬基復(fù)合材料憑借其超高的強(qiáng)化效果，在金屬基復(fù)合材料的研究中占據(jù)了重要的地位。目前在納米金屬基復(fù)合材料中引入的增強(qiáng)體包括納米級(jí)陶瓷顆粒、碳納米管、納米線和石墨烯等。

SiC納米線由于其各種優(yōu)異的性能且不易與鋁基體發(fā)生界面反應(yīng)，也成為鋁基復(fù)合材料理想的增強(qiáng)體。目前非連續(xù)的SiC納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料獲得了較好的力學(xué)性能。T.Jintakosol等采用超聲波分散SiC納米線，然后采用粉末冶金法制備了體積分?jǐn)?shù)5％-15％的SiC納米線增強(qiáng)純鋁復(fù)合材料，其復(fù)合材料的密度2.487g/cm³-2.636g/cm³，低于純Al和SiC的密度(分別為2.702g/cm³和3.21g/cm³)，說明其材料的致密性較差；Yang等人采用超聲波首先分散SiC納米線漿料，然后采用壓力浸滲法制備了復(fù)合材料，材料致密度較高(97％)，SiC納米線與Al基體界面結(jié)合良好且其彎曲強(qiáng)度超過了1000MPa，并具有良好的加工性能和一定的塑性。專利號(hào)為201610565775.2的發(fā)明專利通過控制預(yù)制塊制備過程中的加壓速度、壓力和保壓時(shí)間的方法，使SiC納米線在穩(wěn)定的壓力下通過長(zhǎng)時(shí)間的自我變形、錯(cuò)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)SiC納米線的自分散。金屬基復(fù)合材料中SiC納米線呈現(xiàn)非連續(xù)、均勻分布，因此制備的金屬基復(fù)合材料的強(qiáng)度低。

文獻(xiàn)表明將增強(qiáng)體做成三維連續(xù)結(jié)構(gòu)，可以使鋁基復(fù)合材料受力時(shí)，增強(qiáng)體整體發(fā)揮更好的強(qiáng)化作用，從而提高材料的強(qiáng)度。

目前制備三維連續(xù)預(yù)制體的方式主要是將無機(jī)增強(qiáng)體與有機(jī)物浸滲成型后，再采用鍛燒的方式獲得。金基明等人就采用前驅(qū)體法，將SiC顆粒粉體浸滲有機(jī)泡沫成型，再在惰性氣氛中2200℃燒結(jié)，再采用壓浸法獲得了三維連續(xù)碳化硅網(wǎng)格增強(qiáng)Al、Cu高熱導(dǎo)率電子封裝材料。景勝通過添加硅溶膠和氧化鋁等燒結(jié)助劑制備碳化硅陶瓷，并確定最優(yōu)工藝為燒結(jié)溫度1480℃/3h，所得的多孔碳化硅陶瓷的氣孔率為28.4％。但是這種高溫煅燒處理的溫度較高，設(shè)備成本和工藝成本較高。申請(qǐng)?zhí)枮?01610313313.1的發(fā)明專利將三維編織物浸滲鈹聚碳硅烷，然后經(jīng)過預(yù)熱(240℃～360℃)、預(yù)氧化(180℃～230℃)和最終的燒結(jié)(1100℃～1500℃)，最后得到三維連通的碳化硅層包覆纖維層的復(fù)合材料。但聚碳硅烷價(jià)格較高(約為2800元/200克)，同時(shí)該方法工序較多，工藝復(fù)雜，也會(huì)增加制備成本。

劉君武等人發(fā)現(xiàn)，在1100℃燒結(jié)時(shí)，碳化硅粉體通過自身氧化產(chǎn)生SiO₂而焊接在一起，形成陶瓷骨架。劉君武等人采用以20μmSiC粉體的和7μm的高純石墨粉為原料，采用硬脂酸鋅作為潤(rùn)滑劑，以10％的聚乙烯醇水溶液作為粘接劑，在滾筒式混料機(jī)上混合 4h，然后在手動(dòng)陶瓷壓片機(jī)上以100MPa的壓力壓制成形，最后在空氣環(huán)境下1100℃/3h 進(jìn)行了燒結(jié)，制備出孔隙含量分別為38％、48％和61％的SiC顆粒三維連續(xù)坯體。但是上述工藝仍較為復(fù)雜，燒結(jié)溫度較高，增加了工藝和設(shè)備成本。

綜上，現(xiàn)有制備含有三維連續(xù)碳化硅增強(qiáng)體的鋁基復(fù)合材料所需溫度高，制備工藝復(fù)雜，進(jìn)而造成成本高的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有方法制備含有三維連續(xù)碳化硅增強(qiáng)體的鋁基復(fù)合材料所需溫度高和制備工藝復(fù)雜，進(jìn)而造成成本高的問題，提供了一種三維連續(xù)的SiC納米線增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法。