CN101497955A - 陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法，涉及一种铝基复合材料的制备方法。本发明解决了现有铝基复合材料成本高，工艺复杂，性能不稳定的问题。本发明的制备方法的步骤如下：一、把金属盐和碱性物质分别在研钵中研磨；二、把金属盐、碱性物质和陶瓷增强体按照比例制成混合颗粒；三、再将混合颗粒在球磨机上进行球磨；四、利用去离子水对表面具有涂覆层的陶瓷增强体清洗；五、制备预制件，在400－1000℃烧结；六、预制件与金属铝经过挤压铸造，即得陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料。本发明采用球磨工艺对陶瓷增强体表面涂覆，与其它工艺相比成本降低60％～70％，且周期缩短80％以上。
Description
技术领域：
本发明涉及一种铝基复合材料的制备方法。
背景技术：
铝基复合材料由于具有高比强度、高比刚度、耐磨损、耐高温、导热性好、低的膨胀系数、高的尺寸稳定性以及良好的疲劳性能和断裂性能等一系列优点，成为航空航天、先进武器等尖端技术的理想材料，近年来，越来越受到世界各国的重视。在铝基复合材料的研究中，增强体/基体的界面始终是人们关注的焦点，因为界面区的条件状态对复合材料的性能及特性产生显著影响。由于复合材料的界面具有高度可设计性，通过界面处理提高铝基复合材料的性能一直是本领域科技人员的研究方向。但是，现在由于铝基复合材料的界面处理过程成本高，工艺复杂，反应过程不好控制，所以直接导致铝基复合材料的成本高，工艺复杂，性能不稳定，制约了铝基复合材料广泛的应用。
发明内容：
本发明为了解决现有铝基复合材料成本高，工艺复杂，性能不稳定的问题，提供了陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法。
本发明的陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法按以下步骤进行：陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法，其特征在于陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法按以下步骤进行：一、把金属盐和碱性物质分别在玛瑙研钵中研磨至粒径为0.1～50μm；二、把金属盐的颗粒、碱性物质的颗粒和陶瓷增强体在同一容器内混合均匀制成混合颗粒，金属盐的颗粒和碱性物质的颗粒之间的摩尔比为1～2∶1～4，金属盐的颗粒和碱性物质的颗粒的总量与陶瓷增强体之间的质量比为1∶6～40；三、将混合颗粒在球磨机上进行球磨，球磨介质是直径2～15mm的玛瑙球，球料比5～20∶1，球磨罐的转速50～400r/min，球磨时间5～60min，得表面具有涂覆层的陶瓷增强体；四、用去离子水对表面具有涂覆层的陶瓷增强体冲洗3～6次，使pH控制在7～8之间；五、将经过冲洗的表面具有涂覆层的陶瓷增强体制成预制件，加热至温度为400～1000℃烧结，保温30～120min；六、预制件和金属铝经过挤压铸造，冷却，即得陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料；其中步骤一中的金属盐由锡盐、铋盐、锌盐、铟盐、镍盐和铜盐中一种或两种混合组成，碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸钾或碳酸氢钠。
本发明采用高能球磨工艺对陶瓷增强体表面涂覆的方法，制备陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料具有以下显著优点：陶瓷增强涂层由纳米级的颗粒构成，与化学共沉积法相比，涂覆物颗粒的尺寸在1～3微米，以球磨工艺涂覆物颗粒尺寸在5～70纳米之间，在陶瓷增强体表面分布均匀；涂层的获得不受陶瓷增强体大小和形状的限制；选用无机盐作为涂层原材料，使铝基复合材料成本降低60％～70％；涂层含量易于控制，且涂覆时间短，周期缩短80％以上；不需大型设备，工艺简单，易于实现工业化。
由于本发明的球磨法可通过控制球磨时间、球料比、转动速度以及金属盐与增强体的比例，能够获得实际需要的涂层结构，达到铝基复合材料性能稳定的目的。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法按以下步骤进行：一、把金属盐和碱性物质分别在玛瑙研钵中研磨至粒径为0.1～50μm；二、把金属盐的颗粒、碱性物质的颗粒和陶瓷增强体在同一容器内混合均匀制成混合颗粒，金属盐的颗粒和碱性物质的颗粒之间的摩尔比为1～2∶1～4，金属盐的颗粒和碱性物质的颗粒的总量与陶瓷增强体之间的质量比为1∶6～40；三、将混合颗粒在球磨机上进行球磨，球磨介质是直径2～15mm的玛瑙球，球料比5～20∶1，球磨罐的转速50～400r/min，球磨时间5～60min，得表面具有涂覆层的陶瓷增强体；四、用去离子水对表面具有涂覆层的陶瓷增强体冲洗3～6次，使pH控制在7～8之间；五、将经过冲洗的表面具有涂覆层的陶瓷增强体制成预制件，加热至温度为400～1000℃烧结，保温30～120min；六、预制件和金属铝经过挤压铸造，冷却，即得陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料；其中步骤一中的金属盐由锡盐、铋盐、锌盐、铟盐、镍盐和铜盐中一种或两种混合组成，碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸钾或碳酸氢钠。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中的金属盐和碱性物质的粒径为0.2～40μm。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中的金属盐和碱性物质的粒径为0.2～30μm。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中的金属盐和碱性物质的粒径为0.3～10μm。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是：步骤二中金属盐为锡盐、碱性物质为氢氧化钠，锡盐和氢氧化钠的摩尔比为1∶4。其它步骤和参数与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是：步骤二中金属盐为铋盐、碱性物质为氢氧化钠，铋盐和氢氧化钠的摩尔比为1∶3。其它步骤和参数与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是：步骤二中金属盐为锌盐、碱性物质为氢氧化钾，锌盐和氢氧化钾的摩尔比为1∶2。其它步骤和参数与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是：步骤二中金属盐为铟盐、碱性物质为氢氧化钾，铟盐和氢氧化钾的摩尔比为1∶3。其它步骤和参数与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是：步骤二中金属盐为镍盐、碱性物质为碳酸氢铵时，镍盐和碳酸氢铵的摩尔比为1∶1。其它步骤和参数与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是：步骤二中金属盐为铜盐、碱性物质为碳酸氢铵，铜盐和碳酸氢铵的摩尔比为1∶1。其它步骤和参数与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是：步骤二中金属盐为锡盐和锌盐、碱性物质为碳酸钠，锡盐和碳酸钠的摩尔比为1∶3、锌盐和碳酸钠的摩尔比为1∶3。其它步骤和参数与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是：步骤二中金属盐为铟盐和铋盐、碱性物质为碳酸钾，铟盐和碳酸钾的摩尔比为2∶6、铋盐和碳酸钾的摩尔比为2∶6。其它步骤和参数与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一、二、三或四不同的是：步骤二中金属盐为镍盐和铜盐、碱性物质为碳酸氢钠，镍盐和碳酸氢钠的摩尔比为1∶2、铜盐和碳酸氢钠的摩尔比为1∶2。其它步骤和参数与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三不同的是：步骤二中金属盐的颗粒和碱性物质的颗粒的总量与陶瓷增强体按质量比为1∶36混合。其它步骤和参数与具体实施方式一至十三相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至十四不同的是：步骤三中球料比8～15∶1，球磨罐的转速80～360r/min，球磨时间10～50min。其它步骤和参数与具体实施方式一至十四相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至十四不同的是：步骤三中球料比5∶1，球磨罐的转速50r/min，球磨时间5min。其它步骤和参数与具体实施方式一至十四相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一至十四不同的是：步骤三中球料比12∶1，球磨罐的转速400r/min，球磨时间60min。其它步骤和参数与具体实施方式一至十四相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一至十四不同的是：步骤三中球料比8∶1，球磨罐的转速80r/min，球磨时间10min。其它步骤和参数与具体实施方式一至十四相同。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式一至十四的是：步骤三中球料比15∶1，球磨罐的转速360r/min，球磨时间50min。其它步骤和参数与具体实施方式一至十四相同。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式一至十四不同的是：步骤三中球料比11∶1，球磨罐的转速200r/min，球磨时间30min。其它步骤和参数与具体实施方式一至十四相同。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式一至二十不同的是：步骤四中用去离子水对表面具有涂覆层的陶瓷增强体冲洗4次，使pH控制在7～8。其它步骤和参数与具体实施方式一至二十相同。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式一至二十一不同的是：步骤五中加热至温度为500～900℃烧结，保温40～100min。其它步骤和参数与具体实施方式一至二十一相同。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式一至二十一不同的是：步骤五中加热至温度为400℃烧结，保温30min。其它步骤和参数与具体实施方式一至二十一相同。
具体实施方式二十四：本实施方式与具体实施方式一至二十一不同的是：步骤五中加热至温度为1000℃烧结，保温120min。其它步骤和参数与具体实施方式一至二十一相同。
具体实施方式二十五：本实施方式与具体实施方式一至二十一不同的是：步骤五中加热至温度为500℃烧结，保温40min。其它步骤和参数与具体实施方式一至二十一相同。
具体实施方式二十六：本实施方式与具体实施方式一至二十一不同的是：步骤五中加热至温度为900℃烧结，保温100min。其它步骤和参数与具体实施方式一至二十一相同。
具体实施方式二十七：本实施方式与具体实施方式一至二十一不同的是：步骤五中加热至温度为700℃烧结，保温80min。其它步骤和参数与具体实施方式一至二十一相同。
具体实施方式二十八：本实施方式的陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法按以下步骤进行：一、把铋盐和氢氧化钠分别在玛瑙研钵中研磨至粒径为0.1～10μm；二、把铋盐的颗粒、氢氧化钠的颗粒和陶瓷增强体在同一容器内混合均匀制成混合颗粒，铋盐的颗粒和氢氧化钠的颗粒之间的摩尔比为1～2∶1～4，铋盐的颗粒和氢氧化钠的颗粒的总量与陶瓷增强体之间的质量比为1∶6～40；三、将混合颗粒在球磨机上进行球磨，球磨介质是直径2～15mm的玛瑙球，球料比11∶1，球磨罐的转速200r/min，球磨时间30min，得表面具有涂覆层的陶瓷增强体；四、用去离子水对表面具有涂覆层的陶瓷增强体冲洗3次，使pH控制在7.2～7.8；五、将经过冲洗的表面具有涂覆层的陶瓷增强体制备成预制件，加热至温度为700℃烧结，保温80min；六、预制件和金属铝经过挤压铸造，冷却，即得陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料。
本实施方式制备的陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的中温阻尼性能为0.15，抗拉强度为350MPa，屈服强度为150.5MPa，300℃延伸率达到10％，弹性模量75KMPa。
Claims (10)
1、陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法，其特征在于陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法按以下步骤进行：一、把金属盐和碱性物质分别在玛瑙研钵中研磨至粒径为0.1～50μm；二、把金属盐的颗粒、碱性物质的颗粒和陶瓷增强体在同一容器内混合均匀制成混合颗粒，金属盐的颗粒和碱性物质的颗粒之间的摩尔比为1～2∶1～4，金属盐的颗粒和碱性物质的颗粒的总量与陶瓷增强体之间的质量比为1∶6～40；三、将混合颗粒在球磨机上进行球磨，球磨介质是直径2～15mm的玛瑙球，球料比5～20∶1，球磨罐的转速50～400r/min，球磨时间5～60min，得表面具有涂覆层的陶瓷增强体；四、用去离子水对表面具有涂覆层的陶瓷增强体冲洗3～6次，使pH控制在7～8之间；五、将经过冲洗的表面具有涂覆层的陶瓷增强体制成预制件，加热至温度为400～1000℃烧结，保温30～120min；六、预制件和金属铝经过挤压铸造，冷却，即得陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料；其中步骤一中的金属盐由锡盐、铋盐、锌盐、铟盐、镍盐和铜盐中一种或两种混合组成，碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸氢铵、碳酸钠、碳酸钾或碳酸氢钠。
2、根据权利要求1所述的陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中的金属盐和碱性物质研磨后的粒径为0.2～40μm。
3、根据权利要求1所述的陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤一中的金属盐和碱性物质研磨后的粒径为0.3～10μm。
4、根据权利要求1、2或3所述的陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中金属盐为铋盐、碱性物质为氢氧化钠，铋盐和氢氧化钠的摩尔比为1∶3。
5、根据权利要求4所述的陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤二中金属盐的颗粒和碱性物质的颗粒的总量与陶瓷增强体按质量比1∶36混合。
6、根据权利要求1、2、3或5所述的陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中球料比8～15∶1，球磨罐的转速80～360r/min，球磨时间10～50min。
7、根据权利要求4所述的陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤三中球料比11∶1，球磨罐的转速200r/min，球磨时间30min。
8、根据权利要求1、2、3、5或7所述的陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤四中用去离子表面具有涂覆层的陶瓷增强体冲洗4次，使pH控制在7～8。
9、根据权利要求1、2、3、5或7所述的陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤五中加热至温度为500～900℃烧结，保温40～100min。
10、根据权利要求1、2、3、5或7所述的陶瓷增强体表面涂覆铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤五中加热至温度为700℃烧结，保温80min。
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