[發明專利]雙尺度陶瓷顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210651237.0
• 申請日: 2022-06-09
• 公開（公告）號: CN114836661A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 霍樹海;曹柳絮;王暢;劉春軒;蔣兆汝;吳云;羅任
• 申請（專利權）人: 湖南金天鋁業高科技股份有限公司
• 主分類號: C22C21/16
• 分類號: C22C21/16;C22C1/10;C22C21/06;B22F1/052;B22F3/03;B22F3/10;B22F3/24
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 張勇;鄒琦

本申請涉及雙尺度陶瓷顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法，該復合材料制備原料包括粗陶瓷顆粒、細陶瓷顆粒及鋁合金粉，粗陶瓷顆粒的D50為100μm～200μm，細陶瓷顆粒的D50為15μm～30μm，鋁合金粉的D50為15μm～30μm；細陶瓷顆粒與粗陶瓷顆粒的質量比為(0.5～1.5):1。上述復合材料陶瓷顆粒含量可高達75％，材料致密度高、無裂紋等缺陷，耐溫性、耐磨性、模量、尺寸穩定性等得到有效提升。

技術領域

本發明涉及鋁基復合材料技術領域，特別是涉及雙尺度陶瓷顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法。

背景技術

陶瓷顆粒具有高模量、高耐磨、高強度、低密度和耐高溫等優異的性能，鋁或鋁合金具有質輕、導熱性好等優點，將陶瓷顆粒和鋁或鋁合金復合，可大幅度提高鋁或鋁合金的綜合性能，且陶瓷顆粒含量越高，對鋁或鋁合金的增強效果越顯著。目前，陶瓷顆粒增強鋁基復合材料大多選用單一尺度的陶瓷顆粒，粒度一般為5～30微米，但隨著單一尺度陶瓷顆粒含量的增加，粉末的壓縮性變差，當選用的陶瓷顆粒粒徑小于10微米時，隨著陶瓷顆粒含量的增加，粉末的流動性也會變差，陶瓷顆粒之間容易搭橋形成骨架或者局部團聚，基體與陶瓷顆粒之間也無法形成充分的界面結合，導致材料中出現孔洞、陶瓷顆粒分布不均等缺陷，進而導致材料的耐溫性、導熱性、高溫耐磨性等無法進一步提高，限制了其應用。

采用多種尺度陶瓷顆粒作為增強相，可以改善粉末的充填性質，提高粉末的壓縮性和松裝密度，改善單一尺度陶瓷顆粒作為增強相的不足，以使不同尺度的陶瓷顆粒產生優勢互補，產生混雜效應，從而提高材料的耐溫性、導熱性、高溫耐磨性等，但隨著陶瓷顆粒含量的增加，同樣存在著陶瓷顆粒分布不均的問題，且當選用大尺度陶瓷顆粒時，大尺度陶瓷顆粒易存在脆性裂紋等缺陷，導致材料中容易出現應力集中點，產生開裂、強度降低等問題，影響材料的使用壽命。

發明內容

基于此，有必要提供一種陶瓷顆粒含量可高達75％，且材料致密度高、無裂紋缺陷，綜合性能好的雙尺度陶瓷顆粒增強鋁基復合材料。

一種雙尺度陶瓷顆粒增強鋁基復合材料，制備原料包括粗陶瓷顆粒、細陶瓷顆粒及鋁合金粉，所述粗陶瓷顆粒的D50為100μm～200μm，所述細陶瓷顆粒的D50為15μm～30μm，所述鋁合金粉的D50為15μm～30μm；所述細陶瓷顆粒與所述粗陶瓷顆粒的質量比為(0.5～1.5):1。

在其中一個實施例中，以質量百分含量計，所述鋁合金粉由1％～4％的銅粉、1％～3％的鎂粉、0～1％的微量元素粉和余量的鋁粉組成，所述微量元素粉選自鉍粉、鐵粉、錫粉中的至少一種。

在其中一個實施例中，以質量百分含量計，所述鋁合金粉中，每種所述微量元素粉的含量為0～0.5％。

上述雙尺度陶瓷顆粒增強鋁基復合材料，采用D₅₀為100～200微米的粗陶瓷顆粒和D₅₀為15～30微米的細陶瓷顆粒作為增強相，D₅₀為15μm～30μm的鋁合金粉作為基體，一方面，粗陶瓷顆粒具有較好的流動性，細陶瓷顆粒具有較好的強化作用，通過控制粗細陶瓷顆粒的質量比，可使材料具有較好壓縮性能的同時，具有相應的力學性能；另一方面，粗陶瓷顆粒粒徑大，可起到釘扎作用，細陶瓷顆粒和鋁合金粉的粒度相近，可均勻分布在粗陶瓷顆粒周圍，形成有效的基體分布，制備過程中鋁合金粉發生移動和變形，保證了粗細陶瓷顆粒與基體的結合效果。兩方面協同，最終實現復合材料中陶瓷顆粒含量上限可達到75％，有效提升材料的耐溫性、耐磨性、模量、尺寸穩定性等。

本申請還提供一種用于制備上述雙尺度陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的方法，具體方案如下:

一種上述任一項所述的雙尺度陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，包括以下步驟：

提供所述制備原料；

將所述制備原料混合均勻后，依次進行模壓成形、燒結和整形，即可。