CN106893880A - 原位热压生成碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

原位热压生成碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，将铝粉、硅粉、碳粉按一定摩尔比混合后，使用机械合金化进行研磨，将研磨后的球磨粉料通过采用高温保温烧结前预先加压工艺方式，进行保温加压，得到毛坯件，最后通过整形模中进行整形处理，得到合适的产品；本发明成功制备出了具有较高力学性能的碳化硅增强铝基复合材料，实现了对产品力学性能的控制。

Description

原位热压生成碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，特别涉及原位热压生成碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法。
背景技术
SiC颗粒增强铝基复合材料以其优良的综合性能和特点，不仅满足了航空航天、能源、高精度机床、尖端武器及汽车等高端领域对材料高性能的要求，而且材料的各向同性还使得材料可以使用传统的金属加工工艺进行加工。所有的这些优点使颗粒增强铝基复合材料在民用设施中以及高精尖领域应用前景非常广阔。
从20世纪80年代初开始，国外投入了大量财力致力于SiC颗粒增强铝基复合材料的研究，并已在航空航天、体育、电子等领域取得应用。如作为结构材料，美国海军飞行动力实验室研制成SiCp/Al复合材料薄板，应用于新型舰载战斗机上。俄罗斯航空、航天部门将SiCp/Al复合材料应用于卫星的惯导平台和支撑构件上。
由于铝基复合材料具有轻质、高强、高比模量等优点，抗疲劳性能和耐磨性能优异，还有较低的热膨胀系数和较高的热稳定性，在诸多领域中，铝基复合材料可以替代钢铁以及贵重的特殊合金和非金属材料，因此成为了复合材料领域当前最热门的研究热点之一。目前工业上广泛采用外加法制备SiC增强铝基复合材料，而外加法具有界面易被污染、界面能较高、基体和增强相粒子结合不好等缺点，限制了其力学性能的提升，使得其应用受到了许多局限。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供原位热压生成碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，将铝粉、硅粉、碳粉按一定摩尔比混合后，然后使用机械合金化和热压工艺，协调各成分之间的作用，成功制备出了具有较高力学性能的碳化硅增强铝基复合材料，实现了对产品力学性能的控制。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
原位热压生成碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将石墨粉，Si粉和Al粉按照摩尔比为1:1.2:2～1:1.5:8进行配料，得到合金粉体；
步骤二：将步骤一中得到的合金粉体均匀混合，混合料放入钢罐并加入氧化铝球磨石，球料质量比为2:1，置入行星式球磨机中进行机械合金化，球磨速率设置为350r/min，球磨时间设为2h；得到球磨粉料；
步骤三；把步骤二中球磨后的球磨粉料送入真空热压炉中的预设产品模具中，采用高温保温烧结前预先加压工艺方式，在热压炉温度升高到500℃时，进行保温加压，保温时间结束后，温度继续上升，升温速率为每分钟4℃，直到1000℃时，进行保温1h操作；高温保温烧结时间结束后，原料随炉冷却，得到毛坯件；
步骤四：将步骤三中烧结完成的毛坯件放入整形模中进行整形处理，然后进行机械加工至符合产品的尺寸要求。
所述的步骤一中的石墨粉为(99.85％,≤30μm)，Si粉为(99％,～75μm)和Al粉为(99％,～75μm)。
所述的步骤二中的保温加压为保温时间为40min，从最低压力0.6MPa开始，每隔5min增加0.2MPa压力，直到压力增加到2.0MPa并保持此压力5min后，将压力调低至0.6MPa。
本发明的有益效果：
本发明利用原位热压法，首先按一定摩尔比混合合金粉体，然后利用机械合金化和热压工艺制成了一种高强度的碳化硅增强铝基复合材料；由于该材料成分可调性大，合成工艺简单、合成过程易于控制、力学性能良好、结构均匀致密，成本较低，拓宽了该复合材料在高强合金领域的应用范围。
附图说明
图1为原位热压法制备SiC/Al复合材料的试样图。
图2为SiC/Al复合材料的微观形貌图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
步骤一：将石墨粉(99.85％,≤30μm)，Si粉(99％,～75μm)和Al粉(99％,～75μm)按照1:1.2:2的摩尔比进行配料；
步骤二：将步骤一中的合金粉体均匀混合，混合料放入钢罐并加入氧化铝球磨石，球料质量比为2:1，置入行星式球磨机中进行机械合金化，球磨速率设置为350r/min,球磨时间设为2h；得到球磨粉料；
步骤三；把步骤二中球磨后的球磨粉料送入真空热压炉中的预设产品模具中，采用高温保温烧结前预先加压工艺方式，在热压炉温度升高到500℃时，进行保温加压，保温时间为40min，从最低压力0.6MPa开始，每隔5min增加0.2MPa压力，直到压力增加到2.0MPa并保持此压力5min后，将压力调低至0.6MPa；此时保温时间结束，温度继续上升，直到1000℃时，进行保温1h操作；高温保温烧结时间结束后，原料随炉冷却，得到毛坯件；
步骤四：将步骤三中烧结完成的毛坯件放入整形模中进行整形处理，然后进行机械加工至符合产品的尺寸要求。
实施例2
步骤一：将石墨粉(99.85％,≤30μm)，Si粉(99％,～75μm)和Al粉(99％,～75μm)按照1:1.5:5的摩尔比进行配料；
步骤二：将步骤一中的合金粉体均匀混合，混合料放入钢罐并加入氧化铝球磨石，球料质量比为2:1，置入行星式球磨机中进行机械合金化，球磨速率设置为350r/min,球磨时间设为2h；得到球磨粉料；
步骤三；把步骤二中球磨后的球磨粉料送入真空热压炉中的预设产品模具中，采用高温保温烧结前预先加压工艺方式，在热压炉温度升高到500℃时，进行保温加压，保温时间为40min，从最低压力0.6MPa开始，每隔5min增加0.2MPa压力，直到压力增加到2.0MPa并保持此压力5min后，将压力调低至0.6MPa；此时保温时间结束，温度继续上升，直到1000℃时，进行保温1h操作；高温保温烧结时间结束后，原料随炉冷却，得到毛坯件；
步骤四：将步骤三中烧结完成的毛坯件放入整形模中进行整形处理，然后进行机械加工至符合产品的尺寸要求。
实施例3
步骤一：将石墨粉(99.85％,≤30μm)，Si粉(99％,～75μm)和Al粉(99％,～75μm)按照1:1.5:8的摩尔比进行配料；
步骤二：将步骤一中的合金粉体均匀混合，混合料放入钢罐并加入氧化铝球磨石，球料质量比为2:1，置入行星式球磨机中进行机械合金化，球磨速率设置为350r/min,球磨时间设为2h；得到球磨粉料；
步骤三；把步骤二中球磨后的球磨粉料送入真空热压炉中的预设产品模具中，采用高温保温烧结前预先加压工艺方式，在热压炉温度升高到500℃时，进行保温加压，保温时间为40min，从最低压力0.6MPa开始，每隔5min增加0.2MPa压力，直到压力增加到2.0MPa并保持此压力5min后，将压力调低至0.6MPa。此时保温时间结束，温度继续上升，直到1000℃时，进行保温1h操作；高温保温烧结时间结束后，原料随炉冷却，得到毛坯件；
步骤四：将步骤三中烧结完成的毛坯件放入整形模中进行整形处理，然后进行机械加工至符合产品的尺寸要求。
由图1可以看出，采用原位热压法制备的复合材料块体样品形状规整，表面光滑，无明显宏观缺陷，由此表明，采用该工艺可以制备出良好的SiC/Al块体复合材料。从图2可以看出，生成的SiC颗粒细小且均匀地分布于金属Al基体中。
原位合成制备的SiC与基体结合紧密，无界面污染，且分布弥散，不易发生偏析，能够有效解决外加法的缺陷，因此原位合成SiC增强铝基复合材料具有重要的应用前景，受到了人们越来越多的关注。

Claims (3)

1.原位热压生成碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将石墨粉，Si粉和Al粉按照摩尔比为1:1.2:2～1:1.5:8的进行配料，得到合金粉体；
步骤二：将步骤一中得到的合金粉体均匀混合，混合料放入钢罐并加入氧化铝球磨石，球料质量比为2:1，置入行星式球磨机中进行机械合金化，球磨速率设置为350r/min，球磨时间设为2h；得到球磨粉料；
步骤三；把步骤二中球磨后的球磨粉料送入真空热压炉中的预设产品模具中，采用高温保温烧结前预先加压工艺方式，在热压炉温度升高到500℃时，进行保温加压，保温时间结束后，温度继续上升，升温速率为每分钟4℃，直到1000℃时，进行保温1h操作；高温保温烧结时间结束后，原料随炉冷却，得到毛坯件；
步骤四：将步骤三中烧结完成的毛坯件放入整形模中进行整形处理，然后进行机械加工至符合产品的尺寸要求。
2.根据权利要求1所述的原位热压生成碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤一中的石墨粉为(99.85％,≤30μm)，Si粉为(99％,～75μm)和Al粉为(99％,～75μm)。
3.根据权利要求1所述的原位热压生成碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤二中的保温加压为保温时间为40min，从最低压力0.6MPa开始，每隔5min增加0.2MPa压力，直到压力增加到2.0MPa并保持此压力5min后，将压力调低至0.6MPa。
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