[發明專利]鋁-氮化硼納米網狀構型復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110471367.1
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113373334A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 李瑞濤;顧宇佳;張太良;王勻;劉振強;萬偉超;林欣;張扣寶;申劍;嚴志軍
• 申請（專利權）人: 江蘇威鷹機械有限公司
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C21/00;C22C1/10;B22F3/14;B22F3/24;B22F9/04
• 代理公司: 南京科知維創知識產權代理有限責任公司 32270
• 代理人: 許益民

本發明公開了一種鋁?氮化硼納米網狀構型復合材料，包括鋁和氮化硼納米片（BNNSs）其特征在于：所述BNNSs以片層狀均勻分布在Al顆粒表面，其中，Al顆粒呈球狀，BNNSs為增強相，BNNSs尺寸為300600?700700nm²，厚度為5?100nm；其制備方法為：將鋁和氮化硼納米片（BNNSs）復合粉末冷壓成復合塊體，對復合塊體進行SPS燒結即可得到納米網狀構型復合材料，該復合材料熱脹系數小、力學性能高、生產工藝過程短、生產成本較低。

技術領域

本發明涉及一種鋁-氮化硼納米網狀復合材料及其制備方法。

背景技術

鋁基復合材料具有比強度和比剛度高、高溫性能好、耐疲勞和耐磨性能好、熱膨脹系數低等一系列突出性能優點。在生產制造上，鋁基復合材料可用常規設備和工藝加工成型和處理。在資源和成本上，鋁資源豐富、成本較低。鋁基復合材料已廣泛應用于飛機起落架、高速列車以及精密儀器的制造等，不但減輕了結構件的重量，同時提升了其綜合性能。國家知識產權局公開了一種鋁-氮化硼納米片復合涂層（CN112376042A），包括鋁和氮化硼納米片(BNNSs)；所述BNNSs均勻分布在Al沉積體內，其中，Al顆粒呈片層狀，BNNSs為增強相，BNNSs尺寸為300×600～700×700nm2，厚度為5～100nm。國家知識產權局還公開了一種氮化硼納米片增強的鋁基復合材料制備方法（CN110551908A），包括如下步驟：(1)原料為鋁粉與氮化硼納米片，按鋁粉與氮化硼納米片質量比(96-99):(1-4)的比例，將鋁粉與氮化硼納米片裝入球磨罐中，在惰性氣體氛圍下，通過球磨使鋁粉與氮化硼納米片混合均勻。(2)將球磨后的粉末裝入磨具，冷壓成型；(3)將冷壓塊體進行半固態燒結，燒結溫度為600-750℃，燒結時間為1-3小時；(4)將半固態燒結后的塊體置于擠壓裝置進行擠壓，得到原位生成的均勻連續浸潤層的鋁基復合材料。

鋁基復合材料在實際應用中，尚存在諸多急需解決的科學和技術難點，主要表現在以下幾個方面：（1）力學性能存在強韌性倒置關系。（2）界面反應等控制難。（3）成分分布調控難。（4）制備周期長、成本高。目前新能源汽車渦旋盤使用的4032鋁合金，存在著熱膨脹系數偏高、斷裂伸長率偏低和耐熱性不足等缺點。單一的鋁合金已不能很好地滿足新一代新能源汽車對渦旋盤材料提出的更高性能要求。因此，迫切需要圍繞新能源汽車渦旋盤用鋁基復合材料開展創新工作，開發有效的增強相分布和微觀組織的調控方法，形成渦旋盤用鋁基復合材料規模化制備的核心技術體系。

發明內容

本發明的內容主要是圍繞汽車空調渦旋盤用新型高性能鋁基復合材料的研發開展工作，針對當前材料存在的強度低、斷裂韌性差、熱膨脹系數高等問題，研發強度高、韌性好、熱膨脹系數低的鋁基復合材料，提升渦旋盤的綜合性能，降低其制造成本。

本發明是通過如下技術方案來實現的：

一種鋁-氮化硼納米網狀構型復合材料，包括鋁和氮化硼納米片（BNNSs）所述BNNSs以片層狀均勻分布在Al顆粒表面，其中，Al顆粒呈球狀，BNNSs為增強相，BNNSs尺寸為300600-700700nm²，厚度為5-100nm。

所述BNNSs的體積占比為0.2%-4%，Al顆粒粒徑大小為10 μm和40 μm。

氮化硼納米片（BNNSs）為二維片狀。

其通過SPS燒結方式獲得。

其制備方法為：將鋁和氮化硼納米片（BNNSs）復合粉末冷壓成復合塊體，對復合塊體進行SPS燒結即可得到納米網狀構型復合材料，具體包括以下步驟：

步驟一：將六方氮化硼（h-BN）高能球磨后超聲分散，制備BNNSs；

步驟二：將BNNSs與鋁粉混合，通過球磨復合粉末制備出BNNSs/ Al復合粉末，其中，Al顆粒粒徑為10 μm和40 μm；

步驟三：以BNNSs/Al復合粉末為原料，采用冷壓、SPS燒結制備納米網狀構型復合材料。