CN101260488A - 一种氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法 - Google Patents

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武高辉
陈国钦
姜龙涛
张强
康鹏超
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Abstract

一种氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，它涉及一种铝基复合材料及其制备方法。它解决了现有技术中制备氮化硅增强铝基复合材料的工艺复杂、成本高、设备要求高、可用铝合金种类很少、需添加助烧剂及产品整体性能差的问题。本发明氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料由氮化硅陶瓷粉体及铝或铝合金制成。制备方法如下：一、将氮化硅陶瓷粉体装入模具，制成预制块；二、将铝或铝合金加热至熔化，然后浇注到预热后的模具中，施加压力至模具自然冷却，再脱模，即得氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料。本发明制备工艺简单、成本低，设备简单，适用于所有型号铝合金，制备过程中不需要添加助烧剂，所得复合材料的整体性能优异。

Description

一种氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝基复合材料及其制备方法。
背景技术
目前氮化硅增强铝基复合材料的制备，主要是有机前驱体去除浸渗法和无压浸渗法方法。其中，有机前驱体去除浸渗法制备的氮化硅增强铝基复合材料，由氮化硅为网络骨架结构，在浸渗铝合金时容易在骨架处形成微裂纹，且工艺繁杂、制备温度较高，成本高，先驱体制备时的温度为800～1400℃，浸渗温度高达840℃，导致铝合金合金元素烧损严重、还需要添加氧化铝和氧化锌作为助烧剂，改变了复合材料成分，改变了铝合金的性能，降低了复合材料整体性能。采用无压浸渗法，由于需要发生界面反应而导致可用铝合金种类很少，界面反应严重，降低了复合材料的综合性能，且制备工艺比较复杂、制备温度较高，设备要求高，成本高，先驱体制备时的温度为800℃～1400℃，浸渗温度高达840℃，导致铝合金合金元素烧损严重、还需要添加氧化铝和氧化锌作为助烧剂，改变了复合材料成分，改变了铝合金的性能，降低了复合材料整体性能。
发明内容
本发明目的是为了解决现有技术中制备氮化硅增强铝基复合材料的工艺复杂、成本高、设备要求高、可用铝合金种类很少、需添加助烧剂及产品整体性能差的问题，而提供一种氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。
本发明氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料按体积百分比由5％～73％的氮化硅陶瓷粉体及27％～95％的铝或铝合金制成。
制备氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料的方法按以下步骤实现：一、将占复合材料总体积5％～73％的氮化硅陶瓷粉体装入模具，施加18～50MPa的压力制成预制块；二、将占复合材料总体积27％～95％的铝或铝合金加热至700～800℃熔化，然后浇注到预热至500～700℃的模具中，并施加10～60MPa压力至模具自然冷却到300～400℃，再脱模，即得氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
本发明采用压力浸渗方法，强制将氮化硅陶瓷粉体外加到铝或铝合金中制成氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料，适用于所有型号铝合金，制备过程中不需要添加助烧剂，不需要高温，生产成本低、工艺简单、所用设备简易；本发明所得复合材料的整体性能优异，低密度为小于2.9g/cm3、高致密为大于98.5％、低膨胀为小于8.1×10-6/℃、均匀性好；可以广泛应用在汽车发动机活塞连杆、电子封装、高尺寸稳定性仪表零件等领域中。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料按体积百分比由5％～73％的氮化硅陶瓷粉体及27％～95％的铝或铝合金制成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同是氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料按体积百分比由35％的氮化硅陶瓷粉体及65％的铝或铝合金制成。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：制备氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料的方法按以下步骤实现：一、将占复合材料总体积5％～73％的氮化硅陶瓷粉体装入模具，施加18～50MPa的压力制成预制块；二、将占复合材料总体积27％～95％的铝或铝合金加热至700～800℃熔化，然后浇注到预热至500～700℃的模具中，并施加10～60MPa压力至模具自然冷却到300～400℃，再脱模，即得氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
本实施方式中铝合金可以为现有各种型号的铝合金。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤一中将占复合材料总体积35％的氮化硅陶瓷粉体装入模具，施加30MPa的压力制成预制块。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤一中所用氮化硅陶瓷粉体的半径为0.1～100μm。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三不同的是步骤一中将占复合材料总体积65％的铝或铝合金加热至750℃熔化，然后浇注到预热至600℃的模具中，并施加40MPa压力至模具自然冷却到350℃。其它步骤及参数与具体实施方式三相同。
具体实施方式七：制备氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料的方法按以下步骤实现：一、将占复合材料总体积35％的氮化硅陶瓷粉体装入模具，施加35MPa的压力制成预制块；二、将占复合材料总体积65％的铝合金(2024铝合金)加热至750℃熔化，然后浇注到预热至600℃的模具中，并施加40MPa压力至模具自然冷却到400℃，再脱模，即得氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
本实施方式中所得氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料在400℃的条件下退火处理3h，测试性能，密度为2.88g/cm3，致密度为98.77％，热膨胀系数为9×10-6/℃，热导率为110W/(m·K)，弯曲强度为680MPa，弹性模量为174GPa，HB＝310。
具体实施方式八：制备氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料的方法按以下步骤实现：一、将占复合材料总体积15％的氮化硅陶瓷粉体装入模具，施加35MPa的压力制成预制块；二、将占复合材料总体积85％的纯铝加热至700℃熔化，然后浇注到预热至500℃的模具中，并施加40MPa压力至模具自然冷却到300℃，再脱模，即得氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
本实施方式中所得氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料在400℃的条件下退火处理3h，测试性能，密度为2.84g/cm3，致密度为98.89％，热膨胀系数为10.5×10-6/℃，热导率为110W/(m·K)，弯曲强度为675MPa，弹性模量为162GPa，HB＝330。

Claims (6)

1、氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料，其特征在于氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料按体积百分比由5％～73％的氮化硅陶瓷粉体及27％～95％的铝或铝合金制成。
2、根据权利要求1所述的氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料，其特征在于氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料按体积百分比由35％的氮化硅陶瓷粉体及65％的铝或铝合金制成。
3、制备氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于该方法按以下步骤实现：一、将占复合材料总体积5％～73％的氮化硅陶瓷粉体装入模具，施加18～50MPa的压力制成预制块；二、将占复合材料总体积27％～95％的铝或铝合金加热至700～800℃熔化，然后浇注到预热至500～700℃的模具中，并施加10～60MPa压力至模具自然冷却到300～400℃，再脱模，即得氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料。
4、根据权利要求3所述的制备氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于步骤一中将占复合材料总体积35％的氮化硅陶瓷粉体装入模具，施加30MPa的压力制成预制块。
5、根据权利要求3所述的制备氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于步骤一中所用氮化硅陶瓷粉体的半径为0.1～100μm。
6、根据权利要求3所述的制备氮化硅陶瓷颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于步骤一中将占复合材料总体积65％的铝或铝合金加热至750℃熔化，然后浇注到预热至600℃的模具中，并施加40MPa压力至模具自然冷却到350℃。
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