CN105483487B - 一种含锆的碳化硼‑铝合金复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合材料及其制备方法，尤其涉及一种含锆的碳化硼‑铝合金复合材料及其制备方法，属于陶瓷基复合材料技术领域。本发明所设计的含锆的碳化硼‑铝合金复合材料由碳化硼基体和含锆铝合金构成。本发明采用粉末烧结方法制备多孔碳化硼基体，然后将熔融的含锆铝合金溶渗进入多孔碳化硼基体制成致密的复合材料。本发明各元素搭配合理，结构设计科学，制备工艺简单，所得产品的密度低，硬度高，断裂韧性好，耐热震性好，不受形状限制，适合用于轻质高硬耐冲击的结构材料。

Description

一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制备方法，尤其涉及一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料及其制备方法，属于陶瓷基复合材料技术领域。
背景技术
碳化硼(B4C)陶瓷因密度轻(2.4-2.5g/cm3)、熔点高(>2400℃)、维氏硬度大(>27GPa)、化学性能稳定以及中子吸收截面高，在轻质刹车装置、轻质防弹装甲、卫星抗挠曲部件、核屏蔽部件、切割研磨部件等方面应用潜力巨大。特别是由于轻质高硬尤其适合航空(如直升机)装甲和防弹衣等以减重为首要前提的装甲系统。但是，影响碳化硼广泛使用的原因有三：一是碳化硼的烧结温度高，致密化困难。由于共价键结合，热压烧结温度达到熔点90％，仍然只有95％以上致密度；二是韧性比较低，常温下断裂韧性约为2-4MPa·m1/2，受冲击后粉碎性破裂，在防弹上不能抗多发弹打击且可能对未受冲击部位带来破坏；三是强度低，WC-Co复合材料(硬质合金)的抗弯强度最低都在1000MPa以上，而已报道的碳化硼陶瓷的抗弯强度大部分小于800MPa。如K.A.Schwetz(J.Solid State Chemistry，1997,133:178-181)改变各种参数，采用高温热等静压烧结得到的碳化硼，弯曲强度小于600MPa，V.Skorokhod(J.Material Science Letter,2000,19:237-239)利用热压烧结方法，通过添加少量的TiO2和C粉，制得的含TiB2的B4C陶瓷四点抗弯强度最高是621MPa。专利CN1582264A-碳化硼质烧结体及其制造方法报道，通过优化成分，采用无压烧结得到的含TiB2的B4C陶瓷四点抗弯强度可提高到700MPa以上。
因此，克服碳化硼的上述三个缺点，提高强度、降低烧结温度和增加韧性是目前国内外碳化硼陶瓷研究的热点和难点。对于轻质抗弹用的碳化硼，除硬度要求高以外，为提高吸能、抗多发弹打击和机械加工的需要，韧性指标同样很重要。
碳化硼增韧的方法有自增韧(相变增韧、弥散析出增韧)和复合增韧两类，自增韧是利用烧结和热处理工艺得到内部自生的增韧相，增韧机理是通过韧性相的塑性变形吸能，降低裂纹尖端的应力集中，阻止裂纹扩展。目前碳化硼自增韧方面由于第二相元素的选择复杂，研究报道少，增韧潜力有限。研究比较多的是制备时引入异质组元即复合增韧，异质组元可以是连续纤维、短纤维或晶须、颗粒和连续金属。
根据增韧组元不同其增韧机理亦有区别。纤维增韧情况下，纤维既能承载，又可阻碍裂纹的扩展，通过纤维桥联、裂纹偏转、纤维拔出机制消耗能量，增加材料韧性，纤维增韧碳化硼的缺点是成本高，均匀制备有困难。颗粒增韧常采用粉末烧结方法制备样品，颗粒尺度在微米级或纳米级。其增韧机理是颗粒和微裂纹作用导致的颗粒诱导开裂耗能、裂纹偏转和裂纹桥联耗能增韧。研究较多的增韧颗粒(或粘接剂)有C、Ti、ZrO2、SiC、TiB2、Si等，颗粒增韧碳化硼的缺点是增韧效果有限，如专利CN1582264A-碳化硼质烧结体及其制造方法报道的含TiB2的B4C陶瓷，其断裂韧性只有2.8MPa·m1/2。
连续金属增韧碳化硼是采用溶渗法在碳化硼骨架里引入高含量连续韧性金属。这种工艺制备的B4C-Metal是双连续相复合结构，B4C颗粒烧结成互连的整体，溶渗的金属也是连续的整体，复合材料整体硬度高，而韧性大大提高，抗冲击性能不降低，例如国外公开报道的B4C-MgSi的抗弹指数η平均为8，不低于纯烧结碳化硼(N Frage,Reaction-bondedBoron-Carbide/Magnesium-Silicon Composites,Applied Ceramic Technology,2014,11:273-279)。
由于Al合金价格便宜，熔点较低，适合采用熔渗法制备含铝的碳化硼基复合材料。如专利CN1155271A报道的高温下高弯曲强度的碳化硼金属陶瓷结构材料，采用的是1145铝合金，合金元素含量小于0.55％，但是复合材料含有大量的铝硼化合物，结构材料的整体密度偏高，达到2.7-3.2g/cm3；铝金属活性大，对熔渗温度的控制要求高，温度稍高会发生系列化学反应，大量生成铝碳化合物(如Al4C3/Al3BC)，大量铝碳化合物的形成不但严重降低增韧效果和复合材料的整体强度，而且在大气中容易潮解粉化，进而降低材料的使用寿命。同时，由于CN1155271A设计的碳化硼金属陶瓷结构材料的热处理效果有限，这导致其强度还有待进一步的提高。
作为碳化硼的增韧金属，降低熔渗温度，减少基体和金属的过度化学反应是其研究的方向。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的不足，设计一种能在400℃以下可靠工作的、轻质高韧的、含锆的碳化硼-铝合金复合材料及其制备方法。
本发明一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料，以质量百分比计包括下述组分：
碳化硼55-80％、优选为55-75％、进一步优选为55-70％；
含锆铝合金20-45％、优选为25-45％、进一步优选为30-45％；
所述含锆铝合金中，锆元素的质量占含锆铝合金总质量的0.2-1％。
本发明一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料，所述含锆铝合金以质量百分比计包括下述元素：
铜4-6％、
锰0.5-1.5％，
钛0.1-0.6％，
锆0.2-1％，优选为0.6-1％；
余量为铝。
本发明一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料的制备方法；包括下述步骤：
将孔隙率为20-45％的碳化硼基体与含锆铝合金接触后；置于烧结炉内，在保护气氛下，升温至800-1200℃后，保温烧结；得到含锆的碳化硼-铝合金复合材料。
为了提升含锆的碳化硼-铝合金复合材料的性能，本发明一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料的制备方法；包括下述步骤：
将孔隙率为20-45％的碳化硼基体与含锆铝合金接触后；置于真空烧结炉内，县抽真空至0.1Pa以下后充入氩气保护，接着升温至800-1200℃，保温0.5-3小时，使得含锆铝合金溶渗进入碳化硼的孔隙后，随炉冷却，得到含锆的碳化硼-铝合金复合材料。
本发明一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料的制备方法；孔隙率根据实际需求进行调整，优选为孔隙率为20-45％的碳化硼作为基体。其它孔隙率的碳化硼也可作为基体使用。
本发明一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料的制备方法；空隙率为20-45％的碳化硼基体是通过下述步骤制备的：
步骤A
按质量百分比称取
碳化硼粉A 55-74％；
碳化硼粉B 23-45wt.％；
氮化硼粉 1-3％；
将称取的碳化硼粉A、碳化硼粉B、氮化硼粉混合均匀后，压制成型，得到碳化硼素坯；压制成型时，控制压力为50-120Mpa；所述碳化硼粉A的粒径为4.5-6.5μm、优选为5μm；所述碳化硼粉B的粒径为3-4μm、优选为3.5μm；所述氮化硼粉粒径0.1-0.2μm；
步骤B
将步骤A所得碳化硼素坯置于烧结炉内，在保护气氛下，于1600-2000℃烧结，得到孔隙率为20-45％的碳化硼基体。
本发明一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料的制备方法；步骤A中，将称取的碳化硼粉A、碳化硼粉B、氮化硼粉置于球磨罐内，进行球磨；得到混合均匀的混合粉体。
所述球磨为湿磨，湿磨时；
所用球磨介质选自乙醇、蒸馏水中的至少一种；湿磨时，碳化硼粉A、碳化硼粉B、氮化硼粉的质量之和与球磨介质的质量比为1-1.5：1，
所用磨球的材质选自硬质合金、轴承钢中的一种，湿磨时，碳化硼粉A、碳化硼粉B、氮化硼粉的质量之和与磨球的质量比为1：6-10，
控制转速为100-300转/min、控制球磨时间为3-5小时。湿磨后，烘干、研磨造粒备用。
本发明一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料的制备方法；碳化硼粉A、碳化硼粉B的纯度均匀大于等于99％。且剩余的杂质为Fe和/或石墨碳。
本发明一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料的制备方法；步骤B中，将步骤A所得碳化硼素坯装于石墨罐中后移至石墨电热的真空烧结炉内，抽真空至炉内气压小于0.1Pa后充入氩气，开始升温；升温至1600-2000℃后保温60-150min，随炉冷却，得到孔隙率为20-45％的碳化硼基体。
本发明一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料的制备方法；碳化硼基体可根据实际需求加工成所需要的形状。
本发明一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料的制备方法；含锆铝合金是通过下述方案制备的：
按设计组分，配取纯铝、纯铜、铝锰、铝钛和铝锆中间合金后清洗，干燥，放入电弧熔炼炉，抽真空至0.01Pa以下后充氩气保护，采用非自耗电弧加热反复熔炼3-5次，冷却、取出、冷轧制得含锆铝合金。所述冷轧时，控制道次变形量为1-30％，控制总变形量为60-80％。
本发明一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料的制备方法；所得含锆的碳化硼-铝合金复合材料以5-15℃/min的升温速率升温至500-700℃、优选为510-600℃，保温20-50分钟后淬火，烘干，然后进行时效处理，得到经淬火-时效处理的含锆的碳化硼-铝合金复合材料；
淬火前，淬火介质的温度为0-30℃；优选为室温。
所述时效处理时，控制温度为200-400℃、优选为210-350℃、进一步优选为250-330℃，控制时间为2-6小时、优选为4-6小时。
本发明一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料的制备方法；淬火所用淬火介质优选为水。
本发明一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料的制备方法；所得经淬火-时效处理的含锆的碳化硼-铝合金复合材料的硬度为750-1330HV、优选为1160-1330HV，进一步优选为1300-1330HV，致密度大于等于99％；密度小于2.7g/cm3，优选为2.55-2.65g/cm3。
本发明一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料的制备方法；当复合材料锆为0.6-1wt％；其各项性能尤为优越。
优势
与现有技术相比，具有的优点如下：(1)采用连续含锆铝合金增韧，增韧效果明显；(2)B4C-AlCuMnZr复合材料整体硬度和强度有所提高，复合材料的整体密度小于2.7g/cm3；(3)B4C-AlCuMnZr复合材料制备工艺简单，操作方便，可实现形状复杂构件的生产。
附图说明
附图1为本发明实施例3所制备的B4C-AlCuMnZr复合材料的宏观照片
附图2为本发明实施例3所制备的B4C-AlCuMnZr复合材料的SEM照片；
附图3为本发明实施3所制备B4C-AlCuMnZr复合材料的X衍射谱。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
具体实施方式
本发明实施例和对比例中所用球磨为湿磨；湿磨所用球磨介质为乙醇；湿磨时，碳化硼粉A、碳化硼粉B、氮化硼粉的质量之和与球磨介质的质量比为1-1.5：1，
所用磨球的材质为硬质合金或者轴承钢球、磨球的尺寸为5-20毫米，湿磨时，碳化硼粉A、碳化硼粉B、氮化硼粉的质量之和与磨球的质量比为1：6-10，
控制转速为100-300转/min、控制球磨时间为4小时；湿磨后，烘干、研磨造粒备用。
实施例1：
称取66wt.％的粒径约5μm碳化硼粉、33wt.％的粒径约3.5μm碳化硼粉和1wt.％的超细片状氮化硼粉，混合球磨4小时后烘干研磨造粒得到混粉。碳化硼粉末的纯度大于99％，含有微量Fe和/或石墨碳。
将混粉倒入钢制压模中，用液压机进行压制成型，压制压力在80MPa，压型后得到碳化硼素坯。
将碳化硼素坯装于石墨罐中，放入石墨电热的真空烧结炉内，预抽真空到小于0.1Pa时，开始升温至1600℃，保温150min，随炉缓慢冷却，取出后制得多孔碳化硼基体，碳化硼基体孔隙率44％。
设计含锆铝合金，所述含锆铝合金以质量百分比计包括下述元素：
铜4.5％、锰0.5％，钛0.1％，锆0.2％；余量为铝。
按上述比例分别称取纯铝、纯锰、铝钛和铝锆合金，清洗、干燥后放入电弧熔炼炉，抽至0.01Pa以下真空后充氩气保护，非自耗电弧加热反复熔炼5次，冷却后取出轧成板制得AlCuMnZr铝合金。所述冷轧时，控制道次变形量为10％，控制总变形量为60％。
设计含锆的碳化硼-铝合金复合材料，所述含锆的碳化硼-铝合金复合材料以质量百分比计包括下述组分：
碳化硼60％；
含锆铝合金40％。
按上述设计组分称取适量的含锆铝合金置于多孔碳化硼基体上，一起放于石墨坩锅中。样品连同石墨坩埚一起放入真空烧结炉，炉子预抽真空至0.1Pa以下后升温至500℃，充入氩气保护，接着升温至800℃，保温3小时，使铝合金溶渗进入碳化硼的孔隙，随炉冷却后取出碳化硼，表面清洗加工后制得B4C-AlCuMnZr。
将B4C-AlCuMnZr复合材料加热至700℃保温20分钟，快速放入水中淬火，烘干后加热至300℃时效6小时。淬火前，水的温度为室温。
采用排水法测定复合材料的密度和孔隙率。采用三点弯曲实验评价试样的弯曲强度，采用陶瓷材料单刃缺口梁弯曲法(SENB)测试复合材料的断裂韧度，主要性能结果见表1。
实施例2：
称取66wt.％的粒径约5μm碳化硼粉、33wt.％的粒径约3.5μm碳化硼粉和1wt.％的超细片状氮化硼粉，混合球磨4小时后烘干研磨造粒得到混粉。碳化硼粉末的纯度大于99％，含有微量Fe或石墨碳。
将混粉倒入钢制压模中，用液压机进行压制成型，压制压力在80MPa，压型后得到不同形状的碳化硼素坯。
将碳化硼素坯装于石墨罐中，放入石墨电热的真空烧结炉内，预抽真空到小于0.1Pa时，开始升温至1800℃，保温100min，随炉缓慢冷却，取出后制得多孔碳化硼基体，碳化硼基体孔隙率35％。
设计含锆铝合金，所述含锆铝合金以质量百分比计包括下述元素：
铜6％、锰1.5％，钛0.35％，锆0.6％；余量为铝。
按上述比例分别称取纯铝、纯锰、铝钛和铝锆合金。清洗、干燥后放入电弧熔炼炉，抽至0.01Pa以下真空后充氩气保护，非自耗电弧加热反复熔炼5次，冷却后取出轧成板制得AlCuMnZr铝合金。所述冷轧时，控制道次变形量为20％，控制总变形量为80％。
设计含锆的碳化硼-铝合金复合材料，所述含锆的碳化硼-铝合金复合材料以质量百分比计包括下述组分：
碳化硼65％；
含锆铝合金35％。
按上述设计组分称取适量的含锆铝合金置于多孔碳化硼基体上，一起放于石墨坩锅中。样品连同石墨坩埚一起放入真空烧结炉，炉子预抽真空至0.1Pa以下后升温至500℃，充入氩气保护，接着升温至1000℃，保温2小时，使铝合金溶渗进入碳化硼的孔隙，随炉冷却后取出碳化硼，表面清洗加工后制得B4C-AlCuMnZr。
将B4C-AlCuMnZr复合材料加热至600℃保温40分钟，快速放入水中淬火，烘干后加热至400℃时效4小时。淬火前，水的温度为室温。
采用排水法测定复合材料的密度和孔隙率。采用三点弯曲实验评价试样的弯曲强度。采用陶瓷材料单刃缺口梁弯曲法(SENB)测试复合材料的断裂韧度，主要性能结果见表1。
实施例3：
称取66wt.％的粒径约5μm碳化硼粉、33wt.％的粒径约3.5μm碳化硼粉和1wt.％的超细片状氮化硼粉，混合球磨4小时后烘干研磨造粒得到混粉。碳化硼粉末的纯度大于99％，含有微量Fe或石墨碳。
将混粉倒入钢制压模中，用液压机进行压制成型，压制压力在80MPa，压型后得到不同形状的碳化硼素坯。
将碳化硼素坯装于石墨罐中，放入石墨电热的真空烧结炉内，预抽真空到小于0.1Pa时，开始升温至2000℃，保温60min，随炉缓慢冷却，取出后制得多孔碳化硼基体，碳化硼基体孔隙率30％。
设计含锆铝合金，所述含锆铝合金以质量百分比计包括下述元素：
铜5％、锰1％，钛0.6％，锆1％；余量为铝。
按上述设计组分分别称取纯铝、纯锰、铝钛和铝锆合金，其中称取的锆含量在1wt.％。清洗后放入电弧熔炼炉，抽至0.01Pa以下真空后充氩气保护，非自耗电弧加热反复熔炼5次，冷却后取出轧成板制得AlCuMnZr铝合金。所述冷轧时，控制道次变形量为25％，控制总变形量为70％。
设计含锆的碳化硼-铝合金复合材料，所述含锆的碳化硼-铝合金复合材料以质量百分比计包括下述组分：
碳化硼70％；
含锆铝合金30％。
按上述设计组分称取适量的含锆铝合金置于多孔碳化硼基体上，一起放于石墨坩锅中。样品连同石墨坩埚一起放入真空烧结炉，炉子预抽真空至0.1Pa以下后升温至500℃，充入氩气保护，接着升温至1200℃，保温0.5小时，使铝合金溶渗进入碳化硼的孔隙，随炉冷却后取出碳化硼，表面清洗加工后制得B4C-AlCuMnZr。
将B4C-AlCuMnZr复合材料加热至550℃保温70分钟，快速放入水中淬火，烘干后加热至200℃时效6小时。
采用排水法测定复合材料的密度和孔隙率。将B4C-AlCuMnZr试样切块打磨抛光后观察宏观形貌，采用扫描电镜观察试样的微观形貌(附图1)，可见铝合金均匀分布于碳化硼基体中，界面结合良好，样品致密度高达99％。采用X射线衍射仪对试样进行检测，得到衍射图(附图2)，可见复合材料只有碳化硼和铝固溶体两相结构；采用三点弯曲实验评价试样的弯曲强度，采用陶瓷材料单刃缺口梁弯曲法(SENB)测试复合材料的断裂韧度，主要性能结果见表1。
对比例1：
称取66wt.％的粒径约5μm碳化硼粉、33wt.％的粒径约3.5μm碳化硼粉和1wt.％的超细片状氮化硼粉，混合球磨4小时后烘干研磨造粒得到混粉。碳化硼粉末的纯度大于99％，含有微量Fe或石墨碳。
将混粉倒入钢制压模中，用液压机进行压制成型，压制压力在80MPa，压型后得到不同形状的碳化硼素坯。
将碳化硼素坯装于石墨罐中，放入石墨电热的真空烧结炉内，预抽真空到小于0.1Pa时，开始升温至2000℃，保温60min，随炉缓慢冷却，取出后制得多孔碳化硼基体，碳化硼基体孔隙率30％。
设计含锆铝合金，所述含锆铝合金以质量百分比计包括下述元素：
铜5％、锰1％，钛0.6％，锆0％；余量为铝。
按上述设计组分分别称取纯铝、纯锰、铝钛和铝锆合金，其中称取的锆含量在1wt.％。清洗后放入电弧熔炼炉，抽至0.01Pa以下真空后充氩气保护，非自耗电弧加热反复熔炼5次，冷却后取出轧成板制得AlCuMnZr铝合金。所述冷轧时，控制道次变形量为25％，控制总变形量为70％。
设计含锆的碳化硼-铝合金复合材料，所述含锆的碳化硼-铝合金复合材料以质量百分比计包括下述组分：
碳化硼70％；
含锆铝合金30％。
按上述设计组分称取适量的含锆铝合金置于多孔碳化硼基体上，一起放于石墨坩锅中。样品连同石墨坩埚一起放入真空烧结炉，炉子预抽真空至0.1Pa以下后升温至500℃，充入氩气保护，接着升温至1200℃，保温0.5小时，使铝合金溶渗进入碳化硼的孔隙，随炉冷却后取出碳化硼，表面清洗加工后制得B4C-AlCuMnZr。
将B4C-AlCuMnZr复合材料加热至550℃保温70分钟，快速放入水中淬火，烘干后加热至200℃时效6小时。
采用排水法测定复合材料的密度和孔隙率。采用三点弯曲实验评价试样的弯曲强度，采用陶瓷材料单刃缺口梁弯曲法(SENB)测试复合材料的断裂韧度，主要性能结果见表1。
对比例2：
称取66wt.％的粒径约5μm碳化硼粉、33wt.％的粒径约3.5μm碳化硼粉和1wt.％的超细片状氮化硼粉，混合球磨4小时后烘干研磨造粒得到混粉。碳化硼粉末的纯度大于99％，含有微量Fe或石墨碳。
将混粉倒入钢制压模中，用液压机进行压制成型，压制压力在80MPa，压型后得到不同形状的碳化硼素坯。
将碳化硼素坯装于石墨罐中，放入石墨电热的真空烧结炉内，预抽真空到小于0.1Pa时，开始升温至2000℃，保温60min，随炉缓慢冷却，取出后制得多孔碳化硼基体，碳化硼基体孔隙率30％。
设计含锆铝合金，所述含锆铝合金以质量百分比计包括下述元素：
铜5％、锰1％，钛0.6％，锆3％；余量为铝。
按上述设计组分分别称取纯铝、纯锰、铝钛和铝锆合金，其中称取的锆含量在1wt.％。清洗后放入电弧熔炼炉，抽至0.01Pa以下真空后充氩气保护，非自耗电弧加热反复熔炼5次，冷却后取出轧成板制得AlCuMnZr铝合金。所述冷轧时，控制道次变形量为25％，控制总变形量为70％。
设计含锆的碳化硼-铝合金复合材料，所述含锆的碳化硼-铝合金复合材料以质量百分比计包括下述组分：
碳化硼70％；
含锆铝合金30％。
按上述设计组分称取适量的含锆铝合金置于多孔碳化硼基体上，一起放于石墨坩锅中。样品连同石墨坩埚一起放入真空烧结炉，炉子预抽真空至0.1Pa以下后升温至500℃，充入氩气保护，接着升温至1200℃，保温0.5小时，使铝合金溶渗进入碳化硼的孔隙，随炉冷却后取出碳化硼，表面清洗加工后制得B4C-AlCuMnZr。
将B4C-AlCuMnZr复合材料加热至550℃保温70分钟，快速放入水中淬火，烘干后加热至200℃时效6小时。
采用排水法测定复合材料的密度和孔隙率。采用三点弯曲实验评价试样的弯曲强度，采用陶瓷材料单刃缺口梁弯曲法(SENB)测试复合材料的断裂韧度，主要性能结果见表1。
表1

Claims (6)

1.一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料，其特征在于：以质量百分比计包括下述组分：
碳化硼55-80％；
含锆铝合金20-45％；所述含锆铝合金中，锆元素的质量占含锆铝合金总质量的0.2-1％；
其制备方法为：将孔隙率为20-45％的碳化硼基体与含锆铝合金接触后；置于烧结炉内，在保护气氛下，升温至800-1200℃后，保温烧结；得到含锆的碳化硼-铝合金复合材料；所得含锆的碳化硼-铝合金复合材料以5-15℃/min的升温速率升温至500-700℃，保温20-50分钟后淬火，烘干，然后进行时效处理，得到经淬火-时效处理的含锆的碳化硼-铝合金复合材料；淬火前，淬火介质的温度为0-30℃；所述时效处理时，控制温度为200-400℃，控制时间为2-6小时；
所述空隙率为20-45％的碳化硼基体是通过下述步骤制备的：
步骤A
按质量百分比称取
碳化硼粉A 55-74％；
碳化硼粉B 23-45wt.％；
氮化硼粉 1-3％；
将称取的碳化硼粉A、碳化硼粉B、氮化硼粉混合均匀后，压制成型，得到碳化硼素坯；压制成型时，控制压力为50-120MPa；所述碳化硼粉A的粒径为4.5-6.5μm；所述碳化硼粉B的粒径为3-4μm；所述氮化硼粉粒径0.1-0.2μm；
步骤B
将步骤A所得碳化硼素坯置于烧结炉内，在保护气氛下，于1600-2000℃烧结，得到孔隙率为20-45％的碳化硼基体。
2.根据权利要求1所述的一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料，其特征在于，所述含锆铝合金以质量百分比计包括下述元素：
铜 4-6％、
锰 0.5-1.5％，
钛 0.1-0.6％，
锆 0.2-1％；
余量为铝。
3.根据权利要求1所述的一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料；其特征在于：步骤A中，将称取的碳化硼粉A、碳化硼粉B、氮化硼粉置于球磨罐内，进行球磨；得到混合均匀的混合粉体；
所述球磨为湿磨，湿磨时，
所用球磨介质选自乙醇、蒸馏水中的至少一种；湿磨时，碳化硼粉A、碳化硼粉B、氮化硼粉的质量之和与球磨介质的质量比为1-1.5：1，
所用磨球的材质选自硬质合金、轴承钢球中的一种，湿磨时，碳化硼粉A、碳化硼粉B、氮化硼粉的质量之和与磨球的质量比为1：6-10，
控制转速为100-300转/min、控制球磨时间为3-5小时。
4.根据权利要求1所述的一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料；其特征在于：步骤B中，将步骤A所得碳化硼素坯装于石墨罐中后移至石墨电热的真空烧结炉内，抽真空至炉内气压小于0.1Pa后充入氩气，开始升温；升温至1600-2000℃后保温60-150min，随炉冷却，得到孔隙率为20-45％的碳化硼基体。
5.根据权利要求1所述的一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料；其特征在于；含锆铝合金是通过下述方案制备的：
按设计组分，配取纯铝、纯铜、铝锰、铝钛和铝锆中间合金后清洗，干燥，放入电弧熔炼炉，抽真空至0.01Pa以下后充氩气保护，采用非自耗电弧加热反复熔炼3-5次，冷却、取出、冷轧制得含锆铝合金。
6.根据权利要求1所述的一种含锆的碳化硼-铝合金复合材料；其特征在于：所得经淬火-时效处理的含锆的碳化硼-铝合金复合材料的硬度为750-1330HV，致密度大于等于99％；密度小于2.7g/cm3。
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