CN106064242A - 一种采用SPS制备SiC 颗粒增强铝基复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种采用SPS制备高体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料的方法，按体积份数比称取25～55％的SiC颗粒和45～75％铝粉，将SiC颗粒和铝粉放入球磨罐中，球料比为1:1～3:1，球磨转速选择200～350r/min，连续球磨1～2h，制成混合粉体；将混合粉体与粘结剂混合搅拌，然后过60～100目筛进行造粒；造粒放入钢模具中，以30～80MPa的压力将粉体冷压成形，制得素坯；素坯在60～100℃的条件下烘干2～4h，放入石墨模具置于放电等离子烧结炉中，抽真空后在真空状态下，或充入氩气至压力为0.5×103～0.9×105Pa，然后以30～60℃/min的升温速率升温至500～650℃、同时施加30～50MPa的压力，并保温2～10min，随后降温冷却至室温即得SiC颗粒增强铝基复合材料。

Description

一种采用SPS制备SiC 颗粒增强铝基复合材料的方法
技术领域
本发明涉及一种采用SPS制备SiC颗粒增强铝基复合材料的方法，属于制备铝基复合材料的方法技术领域。
背景技术
SiC颗粒增强铝基复合材料因为兼具金属和非金属的特性，高体积分数的碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有较高的比强度和高的比模量、密度小、良好的热传导性和尺寸稳定性等优异的力学性能和物理性能，在航空航天、电子封装、光学系统及武器装备等领域具有广阔的应用前景。制备SiC颗粒增强铝基复合材料有很多种方法，如搅拌铸造法、挤压铸造法、熔体浸渗法、粉末冶金法和喷射沉积法等。其中搅拌铸造法因为SiC颗粒和铝合金液体的界面润湿性的要求，需要对SiC颗粒进行特殊处理，工序复杂，成本较高，且在进行搅拌的过程中卷入的气体会形成孔隙，影响材料强度，且只能制备体积分数较低的复合材料。挤压铸造法由于制备时要较大的压力使铝液浸渗到SiC预制块中，容易造成预制块的开裂，导致复合材料不均匀，出现较多的铝插入层。熔渗法的也存在容易使预制块变形，制得的复合材料显微组织不均匀，在基体合金中存在偏析现象，且因为温度较高，不能很好地控制SiC颗粒和铝液之间的界面反应。通常的粉末冶金法所需要的工艺流程长、效率低、致密度差、成本较高；喷射成形法制备的复合材料虽然性能较好，但该方法也存在成本较高，设备复杂的问题。
申请公布号为CN105154705A、申请公布日为2015年12月16日的发明专利申请，公开了一种SPS碳化硅颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，和之前的技术相比虽然有很 大的进步，但制备体积分数较低的铝基复合材料，且其断裂韧性、弯曲强度、弹性模量等还有待提高。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种采用SPS制备性能优异的高体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种采用SPS制备SiC颗粒增强铝基复合材料的方法，步骤如下：
步骤一、按体积份数比称取25～55％的SiC颗粒和45～75％铝粉(或铝合金粉)，所述SiC颗粒的粒径为0.5～20um，铝粉(或铝合金粉)的粒径为5～70um；
步骤二、将SiC颗粒和铝粉(或铝合金粉)放入球磨罐中，球料比为1:1～3:1，球磨转速选择200～350r/min，连续球磨1～2h，制成混合粉体；
步骤三、将混合粉体与粘结剂混合搅拌，然后过60～100目筛进行造粒；
步骤四、将步骤三制作的颗粒放入钢模具中，以30～80MPa的压力将粉体冷压成形，制得素坯；
步骤五、素坯在60～100℃的条件下烘干2～4h，放入石墨模具置于放电等离子烧结炉中，抽真空后在真空状态下，或抽真空后充入氩气至压力为0.5×103～0.9×105Pa，然后以30～60℃/min的升温速率升温至500～650℃、同时施加30～50MPa的压力，并保温2～10min，随后降温冷却至室温即得SiC颗粒增强铝基复合材料。
本发明所得SiC颗粒增强铝基复合材料性能优异，其强度和韧性等力学性能指标均高于现有其他方法制备的SiC颗粒增强铝基复合材料。在提高了材料的断裂韧性的同时材料硬度不显著降低，经测试，断裂韧性高达11.18～15.28MPam1/2、布氏硬度达184HB～230.10HB；致密度达96.3％～99.5％，弯曲强度为766.65MPa～929.07MPa，弹性模量最大为125.10GPa～191.90GPa。本发明制备工艺简单、能耗小制造成本低，SiC颗粒增强铝基复合材料用途广泛。
附图说明
图1为复合材料的XRD谱图。
图2为复合材料的界面结构图。
图3为复合材料的弯曲应力应变曲线图。
由图1的XRD图可以看出，所得SiC颗粒增强铝基复合材料中主要成分是碳化硅和铝，没有其他界面产物和氧化产物。图2可以看出复合材料中颗粒与基体的界面干净，无其他产物生成。图3是两种不同体积分数的SiC颗粒增强铝基复合材料弯曲应力应变曲线。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
本实施例所涉及的一种采用SPS制备SiC颗粒增强铝基复合材料的方法，包括以下步骤：
步骤一、按体积份数比称取25～55％的SiC颗粒和45～75％铝粉(或铝合金粉)，所述SiC颗粒的粒径为0.5～20um，铝粉(或铝合金粉)的粒径为5～70um。
步骤二、将SiC颗粒和铝粉(或铝合金粉)放入球磨罐中，球料比为1:1～3:1，球磨转速选择200～350r/min，连续球磨1～2h，制成混合粉体。
步骤三、将混合粉体与粘结剂混合搅拌，然后过60～100目筛进行造粒。
步骤四、将步骤三制作的颗粒放入钢模具中，以30～80MPa的压力将粉体冷压成形，制得素坯。
步骤五、素坯在60～100℃的条件下烘干2～4h，放入石墨模具置于放电等离子烧结炉中，抽真空后在真空状态下，或抽真空后充入氩气至压力为0.5×103～0.9×105Pa， 然后以30～60℃/min的升温速率升温至500～650℃、同时施加30～50MPa的压力，并保温2～10min，随后降温冷却至室温即得SiC颗粒增强铝基复合材料。
所述步骤三中的粘结剂为汽油和氯丁橡胶的混合物，所述汽油和氯丁橡胶的体积比为9︰1。
所述步骤三中的粘结剂为乙酸乙酯和纤维素的混合物，所述乙酸乙酯和纤维素的体积比为10︰1。
所述步骤二中的磨球为直径15～20mm的不锈钢球。
所述步骤五中素坯在80℃的条件下烘干4h。
所述步骤五中抽真空后充入氩气至压力为0.5×105Pa。
所述步骤一中按体积份数比称取55％的SiC颗粒和45％铝粉。
所述步骤一中按体积份数比称取25％的SiC颗粒和75％铝粉。
所述步骤一中按体积份数比称取40％的SiC颗粒和60％铝粉。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种采用SPS制备SiC颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于，
步骤一、按体积份数比称取25～55％的SiC颗粒和45～75％铝粉，所述SiC颗粒的粒径为0.5～20um，铝粉的粒径为5～70um；
步骤二、将SiC颗粒和铝粉放入球磨罐中，球料比为1:1～3:1，球磨转速选择200～350r/min，连续球磨1～2h，制成混合粉体；
步骤三、将混合粉体与粘结剂混合搅拌，然后过60～100目筛进行造粒；
步骤四、将步骤三制作的颗粒放入钢模具中，以30～80MPa的压力将粉体冷压成形，制得素坯；
步骤五、素坯在60～100℃的条件下烘干2～4h，放入石墨模具置于放电等离子烧结炉中，抽真空后在真空状态下，或抽真空后充入氩气至压力为0.5×103～0.9×105Pa，然后以30～60℃/min的升温速率升温至500～650℃、同时施加30～50MPa的压力，并保温2～10min，随后降温冷却至室温即得SiC颗粒增强铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述的采用SPS制备SiC颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于，所述步骤一中按体积份数比称取55％的SiC颗粒和45％铝粉。
3.根据权利要求1所述的采用SPS制备SiC颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于，所述步骤一中按体积份数比称取25％的SiC颗粒和75％铝粉。
4.根据权利要求1所述的采用SPS制备SiC颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于，所述步骤一中按体积份数比称取40％的SiC颗粒和60％铝粉。
5.根据权利要求1所述的采用SPS制备SiC颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于，所述步骤二中的磨球为直径15～20mm的不锈钢球。
6.根据权利要求1所述的采用SPS制备SiC颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于，所述步骤三中的粘结剂为汽油和氯丁橡胶的混合物，所述汽油和氯丁橡胶的体积比为9︰1。
7.根据权利要求1所述的采用SPS制备SiC颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于，所述步骤三中的粘结剂为乙酸乙酯和纤维素的混合物，所述乙酸乙酯和纤维素的体积比为10︰1。
8.根据权利要求1所述的采用SPS制备SiC颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于，所述步骤五中素坯在80℃的条件下烘干4h。
9.根据权利要求1所述的采用SPS制备SiC颗粒增强铝基复合材料的方法，其特征在于，所述步骤五中抽真空后充入氩气至压力为0.5×105Pa。
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