CN101691646A - 一种制备SiCp和SiCw混杂增强/Al复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属基复合材料研究领域，涉及一种制备SiCp+SiCw混杂增强/Al复合材料的方法。其特征是先采用粉末注射成形的方法制备一个全部由SiCp组成的多孔预制坯，然后用浓度为5～50wt％的聚碳硅烷-二甲苯溶液浸渍由SiCp组成的多孔预制坯，浸渍完毕后将坯体放入氮气气氛中进行裂解，得到由SiCp+SiCw混合组成的预制坯，最后采用熔渗工艺将预制坯与Al进行复合，制得SiCp+SiCw混杂增强Al复合材料。该方法不仅可以实现SiCp与SiCw在Al基体中的均匀分布，而且可以通过控制浸渍聚碳硅烷(PCS)-二甲苯溶液的次数来准确调整SiCp与SiCw之间的比例，以实现对最终复合材料性能的控制。
Description
本发明属于金属基复合材料研究领域，涉及一种制备(SiCp+SiCw)混杂增强/Al复合材料的方法。
背景技术
混杂增强金属基复合材料由于各种增强材料不同性质的相互补充，特别是由于产生混杂效应将明显提高或改善原单一增强材料的某些性能，同时也大大降低复合材料的原料费用。铝基复合材料是金属复合材料中最受注意的一类材料，向铝及铝合金中添加SiC颗粒(SiCp)或碳化硅晶须(SiCw)陶瓷增强体可以显著提高材料的模量和热物理性能。混杂增强铝基复合材料以非连续增强复合材料居多，如(SiCp+SiCw)混杂增强Al基复合材料，主要的制备方法有固态法、液态法和半固态法。其中液态法，尤其是液态法中的浸渗法，具有适应性广，成形工艺简单，易于批量化生产，成本低廉而得到广泛的研究和应用，而采用浸渗法获得优质复合材料的前提是制备出高质量的混杂增强相(SiCp+SiCw)预制件。纵观目前文献报导的各种制备方法，可以看出采用的主要制备方法基本一致，即将SiCp和SiCw一起放入到适当的有机溶剂中，然后采用超声波振动的方法，促进SiCp和SiCw的均匀分布，然后加粘结剂搅拌，过滤，最后倒入模具中压制成形。但是由于SiCp与SiCw的大小和形状不同，以致在制备过程中很难实现预制件中SiCp与SiCw的均匀分布。
发明内容
本发明目的是解决向铝及铝合金中添加SiC颗粒(SiCp)或碳化硅晶须(SiCw)制备过程中难以实现预制件中SiCp与SiCw的均匀分布问题。
一种制备SiCp和SiCw混杂增强/Al复合材料的方法，其特征是先采用粉末注射成形的方法制备一个全部由SiCp组成的多孔预制坯，然后用浓度为5～50wt％的聚碳硅烷(PCS)-二甲苯溶液浸渍由SiCp组成的多孔预制坯，浸渍完毕后将坯体放入氮气气氛中进行裂解，得到由(SiCp+SiCw)混合组成的预制坯，最后采用熔渗工艺将预制坯与Al进行复合，制得(SiCp+SiCw)混杂增强Al复合材料。具体工艺为：首先将粒度为10～120μm的SiC粉末与石蜡有机粘结剂按照体积比45～65∶55～35的比例在双辊混炼机上于130-150℃条件下混合均匀，然后再将混合物在10-30MPa的压力、120-150℃温度条件下成形，得到一个由SiCp和粘接剂组成的坯体，然后再于300-500℃条件下将坯体中的有机粘结剂脱除，得到一个全部由SiCp组成的多孔预成形坯体；然后再采用聚碳硅烷(PCS)-二甲苯溶液浸渍该多孔预成形坯体，溶液浓度控制在5～50wt％，浸渍压力为10～100Pa；将经过浸渍的SiCp预成形坯体放入氮气气氛中进行裂解，裂解温度为1200℃，裂解时间为30-120分钟，孔隙中的聚碳硅烷经过高温裂解成SiCw，SiCw占据浸渍前SiCp预成形坯的孔隙，裂解后，预制坯由原来单一的SiCp组成变成了由SiCp+SiCw混合组成。最后采用压力熔渗(温度600～750℃，压力0.5～2MPa)或无压熔渗(温度900～1100℃，氮气气氛)的方法将SiCp+SiCw混合组成的预成形与Al进行复合，最终可以得到由SiCp和SiCw均匀混杂增强的Al基复合材料，如图1所示。
该方法不仅可以实现SiCp与SiCw在Al基体中的均匀分布，而且可以通过控制浸渍聚碳硅烷(PCS)-二甲苯溶液的次数来准确调整SiCp与SiCw之间的比例，以实现对最终复合材料性能的控制。
附图说明：
图1为(SiCp+SiCw)/Al复合材料显微组织，(箭头所示为SiCw，其他块状为SiCp)。
图2为本发明的工艺流程图。
具体实施方式：
实施例1：将粒度为分别为63μm和14μm两种SiCp粉末以3∶2比例混合，然后与石蜡基粘结剂按体积比55∶45于130℃在双辊混炼机上混炼30分钟后，然后再将混合物在20MPa的压力、140℃温度条件下成形，得到一个由SiCp和粘接剂组成的坯体，然后将坯体在300-500℃温度范围内保温300分钟，将坯体中的有机粘结剂脱除，得到一个全部由SiCp组成的多孔预成形坯体；然后再采用浓度为20wt％的聚碳硅烷(PCS)-二甲苯溶液浸渍该多孔预成形坯体，浸渍压力为30Pa，浸渍时间为30分钟；将经过浸渍的SiCp预成形坯体放入氮气气氛中进行裂解，裂解温度为1200℃，裂解时间为90分钟，孔隙中的聚碳硅烷经过高温裂解成SiCw，SiCw占据浸渍前SiCp预成形坯的孔隙，裂解后，预制坯由原来单一的SiCp组成变成了由SiCp+SiCw混合组成。最后在温度700℃、压力1MPa条件下将Al渗入到(SiCp+SiCw)预成形坯体中，保压时间为30min，最后得到(SiCw+SiCp)/Al复合材料。
实施例2：将粒度为分别为63μm和14μm两种SiCp粉末以3∶2比例混合，然后与石蜡基粘结剂按体积比60∶40于130℃在双辊混炼机上混炼30分钟后，然后再将混合物在15MPa的压力、150℃温度条件下成形，得到一个由SiCp和粘接剂组成的坯体，然后将坯体在300-500℃温度范围内保温300分钟，将坯体中的有机粘结剂脱除，得到一个全部由SiCp组成的多孔预成形坯体；然后再采用浓度为15wt％的聚碳硅烷(PCS)-二甲苯溶液浸渍该多孔预成形坯体，浸渍压力为20Pa，浸渍时间为30分钟；将经过浸渍的SiCp预成形坯体放入氮气气氛中进行裂解，裂解温度为1200℃，裂解时间为90分钟，孔隙中的聚碳硅烷经过高温裂解成SiCw，SiCw占据浸渍前SiCp预成形坯的孔隙，裂解后，预制坯由原来单一的SiCp组成变成了由SiCp+SiCw混合组成。将Al-Si-Mg合金块放到预制坯的上方，然后一起放入到氮气气氛炉中，于温度1000℃、氮气气氛中保温120min，最后得到(SiCw+SiCp)/Al复合材料。
Claims (2)
1.一种制备SiCp和SiCw混杂增强/Al复合材料的方法，其特征是先采用粉末注射成形的方法制备一个全部由SiCp组成的多孔预制坯，然后用浓度为5～50wt％的聚碳硅烷-二甲苯溶液浸渍由SiCp组成的多孔预制坯，浸渍完毕后将坯体放入氮气气氛中进行裂解，得到由SiCp+SiCw混合组成的预制坯，最后采用熔渗工艺将预制坯与Al进行复合，制得SiCp+SiCw混杂增强Al复合材料。
2.如权利要求1所述一种制备SiCp和SiCw混杂增强/Al复合材料的方法，其特征是具体加工工艺为：首先将粒度为10～120μm的SiC粉末与石蜡有机粘结剂按照体积比45～65∶55～35的比例在双辊混炼机上于130-150℃条件下混合均匀，然后再将混合物在10-30MPa的压力、120-150℃温度条件下成形，得到一个由SiCp和石蜡有机粘接剂组成的坯体；然后再于300-500℃条件下将坯体中的石蜡有机粘结剂脱除，得到一个全部由SiCp组成的多孔预成形坯体；然后再采用聚碳硅烷-二甲苯溶液浸渍该多孔预成形坯体，浸渍压力为10～100Pa；将经过浸渍的SiCp预成形坯体放入氮气气氛中进行裂解，裂解温度为1200℃，裂解时间为30-120分钟，孔隙中的聚碳硅烷经过高温裂解成SiCw，SiCw占据浸渍前SiCp预成形坯的孔隙，裂解后，预制坯由原来单一的SiCp组成变成了由SiCp+SiCw混合组成；最后采用压力熔渗或无压熔渗的方法将SiCp+SiCw混合组成的预成形与Al进行复合，最终得到由SiCp和SiCw均匀混杂增强的Al基复合材料；压力熔渗条件为：温度600～750℃，压力0.5～2MPa；无压熔渗条件：为温度900～1100℃，氮气气氛。
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