CN107058914B - 一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法 - Google Patents

Abstract

一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法，它涉及一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法。本发明为了解决采用常规热挤压处理使SiC纳米线定向排列过程中对SiC纳米线损伤严重的问题。一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法按照以下步骤进行：一、制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料；二、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热；三、SiC纳米线低损伤定向排列处理。本发明提供了一种使SiC纳米线在铝基复合材料中低损伤定向排列的方法，工艺方法简单、易操作、复合材料性能优异，易于实现产业化生产及应用。

Description

一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的 方法

技术领域

本发明涉及一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法。

背景技术

近些年来，纳米相增强金属基复合材料以其优异的强化效率，成为金属基复合材料的研究热点。目前，纳米复合材料的主要增强体为零维纳米材料(例如Al₂O₃纳米颗粒)，一维纳米材料(例如碳纳米管、SiC纳米线)，二维纳米材料(例如石墨烯)。目前，纳米铝基复合材料的制备方法，主要集中于固态法(热压烧结、放电等离子烧结、搅拌摩擦焊)和液态法(挤压铸造法、搅拌铸造、气压浸渗、无压浸渗及喷射沉积等)。过去采用碳纳米管增强铝基复合材料的研究很深入，但是碳纳米管加入的含量较低，材料性能提升效果较低；另一方面碳纳米管易于与铝基体发生界面反应，从而恶化了材料的性能。SiC相是铝基复合材料中的一种理想增强体，采用SiC颗粒增强的铝基复合材料的研究非常深入，并且已经开始了产业化应用。Wenshu Yang等人发现SiC纳米线具有比SiC晶须和SiC颗粒更高的增强效率。目前制备SiC纳米线增强铝基复合材料的方面包括固态法和液态法。Jintakosol等人采用热压烧结法制备了最高含量15vol.％的SiC纳米线增强铝基复合材料。Wenshu Yang和RonghuaDong等人采用超声波首先分散SiC纳米线浆料，采用压力浸渗法制备了复合材料，材料致密度较高(>97％)，SiC纳米线与Al基体界面结合良好且其弯曲强度超过了1000MPa，并具有良好的加工性能和一定的塑性。

Wenshu Yang和Ronghua Dong等人采用热挤压的方式对SiC纳米线增强6061铝基复合材料进行了处理，发现热挤压处理一方面提高了材料的致密度，另一方面使SiC纳米线定向排列，从而显著提高了材料的力学性能。但是他们的热挤压温度(520℃)是在基体合金固相线(582℃)以下进行的。在固相线以下时，铝基体虽然具有一定的流动性，但是仍然是固相，这导致SiC纳米线在定向排列过程中仍受到周围基体较大的约束，因此SiC纳米线发生了明显的断裂。SiC纳米线的强化效果与其长径比直接相关，因此SiC纳米线发生断裂后显著降低了SiC纳米线的增强效果。因此如何能实现SiC纳米线的低损伤定向排列是目前限制SiC纳米线增强铝基体复合材料性能提升的一个难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决采用常规热挤压处理使SiC纳米线定向排列过程中对SiC纳米线损伤严重的问题，提出了一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法。

一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法按照以下步骤进行：

一、制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

采用固态法或液态法制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料，非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的含量按体积分数为5.0％～35％，含铝金属为65％～95％，所述含铝金属为纯铝或铝合金；

二、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热：

将热挤压模具预热0.5～6h，将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热0.5～6h至温度为1.0Tm～1.2Tm，热挤压模具预热的温度低于非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热温度的10℃～50℃；

所述Tm为步骤一中铝金属基体的液相线温度。预热后，铝金属基体理论上应完全熔化，但是由于SiC纳米线表面张力对铝基体的约束，实际上在SiC纳米线与铝金属基体界面区附近的铝基体并未熔化，而远离界面区的铝金属基体已熔化了。在这种状态下，在外界剪切应力作用下，远离界面区的铝基体易于发生流变，从而使SiC纳米线在定向排列过程中承受较小的应力，SiC纳米线损伤小，从而可以获得高性能的SiC纳米线增强铝基复合材料。

三、SiC纳米线低损伤定向排列处理：

将步骤二预热的非定向SiC纳米线增强铝基复合材料转移到步骤二预热的热挤压模具中，在热挤压的加压速度为30mm/min～120mm/min、热挤压的变形比为8～65﹕1的条件下快速热挤压步骤二处理的非定向SiC纳米线增强铝基复合材料，使SiC纳米线在铝液的流变剪切应力下沿挤压方向偏转。由于SiC纳米线的偏转是在液体铝中，无强的应力约束，因此实现SiC纳米线沿挤压方向低损伤的定向排列。

步骤一中所述SiC纳米线的纯度大于85％，平均直径为5～250nm，长度为5～100μm；所述SiC纳米线为3C、2H、4H及6H中的一种或几种的任意比组合。

步骤一中所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Be合金、Al-Li合金及Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或其中几种的任意比组合；

所述Al-Si合金中Si的质量分数为0.5％～25％；Al-Cu合金中Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Mg合金中Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Si-Cu合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Si-Mg合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Cu-Mg合金中Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Zn-Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Zn-Mg-Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Mg的质量分数为0.5％～38％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Be合金中Be的质量分数为0.5％～20％；Al-Li合金中Li的质量分数为0.5％～35％；Al-Si-Cu-Mg合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％。

本发明具备以下有益效果：

1、本发明在液相线以上对SiC纳米线增强铝基复合材料进行热挤压处理。在该温度下，铝基体理论上处于液态区，但是由于SiC纳米线表面张力的约束，实际上在SiC纳米线与铝基体界面区附近的铝基体并未熔化，而远离界面区的铝基体已熔化了。在这种状态下，在外界剪切应力作用下，远离界面区的铝基体易于发生流变，从而使SiC纳米线在定向排列过程中承受较小的应力，SiC纳米线损伤小。

2、本发明制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的性能优异，典型性能如为：弹性模量超过90GPa，弯曲强度超过1100MPa，屈服强度超过500MPa，抗拉强度超过680MPa，延伸率超过2.5％；

3、本发明提供了一种使SiC纳米线在铝基复合材料中低损伤定向排列的方法，工艺方法简单、易操作、复合材料性能优异，易于实现产业化生产及应用。

附图说明

图1是实验一中在铝基复合材料中实现了SiC纳米线低损伤定向排列的照片；

图2是实验二中在铝基复合材料中实现了SiC纳米线低损伤定向排列的照片；

图3是实验三中在铝基复合材料中实现了SiC纳米线低损伤定向排列的照片。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法按照以下步骤进行：

一、制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

采用固态法或液态法制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料，非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的含量按体积分数为5.0％～35％，含铝金属为65％～95％，所述含铝金属为纯铝或铝合金；

二、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热：

将热挤压模具预热0.5～6h，将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热0.5～6h至温度为1.0Tm～1.2Tm，热挤压模具预热的温度低于非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热温度的10℃～50℃；所述Tm为步骤一中铝金属基体的液相线温度。

三、SiC纳米线低损伤定向排列处理：

将步骤二预热的非定向SiC纳米线增强铝基复合材料转移到步骤二预热的热挤压模具中，在热挤压的加压速度为30mm/min～120mm/min、热挤压的变形比为8～65﹕1的条件下快速热挤压步骤二处理的非定向SiC纳米线增强铝基复合材料，使SiC纳米线在铝液的流变剪切应力下沿挤压方向偏转，实现SiC纳米线沿挤压方向低损伤的定向排列。

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所述SiC纳米线的纯度大于85％，平均直径为5～250nm，长度为5～100μm；所述SiC纳米线为3C、2H、4H及6H中的一种或几种的任意比组合。其它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或二之一不同的是步骤一中所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Be合金、Al-Li合金及Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或其中几种的任意比组合；

所述Al-Si合金中Si的质量分数为0.5％～25％；Al-Cu合金中Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Mg合金中Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Si-Cu合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Si-Mg合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Cu-Mg合金中Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Zn-Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Zn-Mg-Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Mg的质量分数为0.5％～38％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Be合金中Be的质量分数为0.5％～20％；Al-Li合金中Li的质量分数为0.5％～35％；Al-Si-Cu-Mg合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％。其它与具体实施方式一或二之一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一中非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的含量按体积分数为6.0％～30％，含铝金属为70％～90％。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤一中非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的含量按体积分数为8.0％～28％，含铝金属为75％～85％。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤一中非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的含量按体积分数为10％～25％，含铝金属为78％。其它与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤一中非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的含量按体积分数为20％，含铝金属为80％。其它与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤二中将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热3h至温度为1.1Tm。其它与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是步骤二中在热挤压的加压速度为50mm/min～100mm/min、热挤压的变形比为10～50﹕1的条件下热挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料。其它与具体实施方式一至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤二中在热挤压的加压速度为80mm/min、热挤压的变形比为25﹕1的条件下热挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料。其它与具体实施方式一至九之一相同。

采用下述实验验证本发明效果：

实验一：

一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法按照以下步骤进行：

一、采用液态法制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

按体积分数15％和85％分别称取SiC纳米线和含铝金属，将SiC纳米线放入钢模具中，在钢模具中压制成SiC预制体，然后将SiC预制体与钢模具一起放入模具预热炉中，在500℃预热2h；将含铝金属在820℃熔化后保温，倒入预热后的钢模具中；通过压头以25MPa压力、5mm/min速度向下运动，使液态铝浸渗到SiC纳米线的间隙中，并在25MPa压力下保压3min，然后自然冷却，制备得到非定向SiC纳米线增强铝基复合材料，非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的含量按体积分数为15％，含铝金属为85％，所述含铝金属为Al-Cu-Mg合金(Al-4.3Cu-1.5Mg)；

所述SiC纳米线的纯度为93％，平均直径为50nm，长度为28μm；所述SiC纳米线为3C。

二、挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

将热挤压模具预热690℃预热3h，将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热至温度为730℃预热3h；

三、将步骤二预热的非定向SiC纳米线增强铝基复合材料转移到步骤二预热的热挤压模具中，在热挤压的加压速度为45mm/min、热挤压的变形比为13﹕1的条件下快速热挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料，实现SiC纳米线在铝基体中的低损伤定向排列。

从图1中可以看出SiC纳米线定向排列良好，断裂少。

本实验得到的低损伤定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的密度为2.81g/cm³，弹性模量为105GPa，弯曲强度1354MPa，屈服强度512MPa，拉伸强度695MPa，延伸率3.2％。SiC纳米线原始平均长度为28μm，挤压后SiC纳米线平均长度为27.1μm。

实验二：

一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法按照以下步骤进行：

一、采用固态法制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

按体积分数6％和94％分别称取SiC纳米线和10μm含铝金属粉末，将SiC纳米线和含铝金属粉末倒入酒精溶液中，采用35KHz超声波分散3min，然后自然沉降后干燥，得到SiC纳米线和含铝金属粉末的混合粉末，将混合粉末倒入石墨模具中，上面放置石墨压头，整体放到真空热压炉内，将真空抽至10^-3Bar时，开始加热炉膛至500℃，保温2h；通过压头向下运动施加压力，最大压力10MPa，保压10min，然后自然冷却，制备得到非定向SiC纳米线增强铝基复合材料。

所述Al-Si合金中Si的质量分数为25％；所述SiC纳米线的纯度为92％，平均直径为100nm，长度为10μm；所述SiC纳米线为2H。

二、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热：

将热挤压模具预热，预热温度为670℃，预热时间为1h。将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热，预热温度为690℃，预热时间为4h。

三、SiC纳米线低损伤定向排列处理：

将预热后的非定向SiC纳米线增强铝基复合材料转移放入预热的模具中，在热挤压的加压速度为35mm/min、热挤压的变形比为10﹕1的条件下快速热挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料，实现SiC纳米线在铝基体中的低损伤定向排列。

本实验得到的低损伤定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的密度为2.71g/cm³，弹性模量为106GPa，弯曲强度1350MPa，屈服强度510MPa，拉伸强度690MPa，延伸率3.1％。SiC纳米线原始平均长度为10μm，挤压后SiC纳米线平均长度为9.8μm。

实验三：

一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法按照以下步骤进行：

一、制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

按体积分数18％和82％分别称取SiC纳米线和5μm含铝金属粉末，将SiC纳米线和含铝金属粉末倒入酒精溶液中，采用35KHz超声波分散10min，然后自然沉降后干燥，得到SiC纳米线和含铝金属粉末的混合粉末，将混合粉末倒入石墨模具中，上面放置石墨压头，整体放到真空热压炉内，将真空抽至10^-3Bar时，开始加热炉膛至540℃，保温1.5h；通过压头向下运动施加压力，最大压力15MPa，保压8min，然后自然冷却，制备得到非定向SiC纳米线增强铝基复合材料。非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的含量按体积分数为18％，含铝金属为82％，所述含铝金属为纯铝；

所述SiC纳米线的纯度为88％，平均直径为20nm，长度为15μm；所述SiC纳米线为4H。

二、挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

将热挤压模具预热670℃预热1h，将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热至温度为690℃预热1h，然后在热挤压的加压速度为40mm/min、热挤压的变形比为15﹕1的条件下热挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料，使SiC纳米线在铝液的流变剪切应力下沿挤压方向偏转，实现SiC纳米线沿挤压方向低损伤的定向排列。本实验得到的低损伤定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的密度为2.79g/cm³，弹性模量为104GPa，弯曲强度1350MPa，屈服强度510MPa，拉伸强度692MPa，延伸率3.0％。SiC纳米线原始平均长度为15μm，挤压后SiC纳米线平均长度为14.2μm。

实验四：

一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法按照以下步骤进行：

一、制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

按体积分数20％和80％分别称取SiC纳米线和含铝金属，将SiC纳米线放入钢模具中，在钢模具中压制成SiC预制体，然后将SiC预制体与钢模具一起放入模具预热炉中，在520℃预热4h；将含铝金属在860℃熔化后保温，倒入预热后的钢模具中；通过压头以35MPa压力、4mm/min速度向下运动，使液态铝浸渗到SiC纳米线的间隙中，并在35MPa压力下保压7min，然后自然冷却，制备得到非定向SiC纳米线增强铝基复合材料，非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的含量按体积分数为20％，含铝金属为80％。

所述SiC纳米线的纯度大于85％，平均直径为25nm，长度为20μm；所述SiC纳米线为6H。

所述铝合金为Al-Cu合金；Al-Cu合金中Cu的质量分数为3％；

二、挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

将热挤压模具预热670℃预热3h，将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热至温度为690℃预热3h，然后在热挤压的加压速度为50mm/min、热挤压的变形比为8﹕1的条件下热挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料，使SiC纳米线在铝液的流变剪切应力下沿挤压方向偏转，实现SiC纳米线沿挤压方向低损伤的定向排列。

本实验得到的低损伤定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的密度为2.78g/cm³，弹性模量为116GPa，弯曲强度1351MPa，屈服强度508MPa，拉伸强度691MPa，延伸率2.9％。SiC纳米线原始平均长度为20μm，挤压后SiC纳米线平均长度为19.1μm。

实验五：

一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法按照以下步骤进行：

一、制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

按体积分数25％和75％分别称取SiC纳米线和含铝金属，将SiC纳米线放入钢模具中，在钢模具中压制成SiC预制体，然后将SiC预制体与钢模具一起放入模具预热炉中，在540℃预热4h；将含铝金属在920℃熔化后保温，倒入预热后的钢模具中；通过压头以33MPa压力、3mm/min速度向下运动，使液态铝浸渗到SiC纳米线的间隙中，并在33MPa压力下保压12min，然后自然冷却，制备得到非定向SiC纳米线增强铝基复合材料。非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的含量按体积分数为25％，含铝金属为75％，所述含铝金属为铝合金；

所述SiC纳米线的纯度为95％，平均直径为70nm，长度为30μm；所述SiC纳米线为50％3C与50％2H的组合。

所述铝合金为Al-Si-Cu合金；Al-Si-Cu合金中Si的质量分数为15％，Cu的质量分数为43％；

二、挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

将热挤压模具预热680℃预热4h，将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热至温度为710℃预热4h，然后在热挤压的加压速度为60mm/min、热挤压的变形比为35﹕1的条件下热挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料，使SiC纳米线在铝液的流变剪切应力下沿挤压方向偏转，实现SiC纳米线沿挤压方向低损伤的定向排列。本实验得到的低损伤定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的密度为2.77g/cm³，弹性模量为122GPa，弯曲强度1349MPa，屈服强度508MPa，拉伸强度689MPa，延伸率2.9％。SiC纳米线原始平均长度为30μm，挤压后SiC纳米线平均长度为28.8μm。

实验六：

一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法按照以下步骤进行：

一、制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

按体积分数30％和70％分别称取SiC纳米线和含铝金属，将SiC纳米线放入钢模具中，在钢模具中压制成SiC预制体，然后将SiC预制体与钢模具一起放入模具预热炉中，在560℃预热3h；将含铝金属在890℃熔化后保温，倒入预热后的钢模具中；通过压头以48MPa压力、3.3mm/min速度向下运动，使液态铝浸渗到SiC纳米线的间隙中，并在48MPa压力下保压22min，然后自然冷却，制备得到非定向SiC纳米线增强铝基复合材料。非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的含量按体积分数为30％，含铝金属为70％，所述含铝金属为铝合金；

所述铝合金为Al-Si-Mg合金；Al-Si-Mg合金中Si的质量分数为15％，Mg的质量分数为18％；

所述SiC纳米线的纯度为87％，平均直径为50nm，长度为70μm；所述SiC纳米线为30％2H及70％4H的组合。

二、挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

将热挤压模具预热670℃预热5.5h，将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热至温度为690℃预热5.5h，然后在热挤压的加压速度为80mm/min、热挤压的变形比为45﹕1的条件下热挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料，使SiC纳米线在铝液的流变剪切应力下沿挤压方向偏转，实现SiC纳米线沿挤压方向低损伤的定向排列。本实验得到的低损伤定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的密度为2.76g/cm³，弹性模量为132GPa，弯曲强度1347MPa，屈服强度508MPa，拉伸强度688MPa，延伸率2.8％。SiC纳米线原始平均长度为70μm，挤压后SiC纳米线平均长度为65.5μm。

实验七：

一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法按照以下步骤进行：

一、制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

按体积分数33％和67％分别称取SiC纳米线和25μm含铝金属粉末，将SiC纳米线和含铝金属粉末倒入酒精溶液中，采用35KHz超声波分散13min，然后自然沉降后干燥，得到SiC纳米线和含铝金属粉末的混合粉末，将混合粉末倒入石墨模具中，上面放置石墨压头，整体放到真空热压炉内，将真空抽至10^-3Bar时，开始加热炉膛至520℃，保温2.5h；通过压头向下运动施加压力，最大压力17MPa，保压9min，然后自然冷却，制备得到非定向SiC纳米线增强铝基复合材料。

非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的含量按体积分数为33％，含铝金属为67％，所述含铝金属为铝合金；

所述铝合金为Al-Zn-Mg-Cu合金，Al-Zn-Mg-Cu合金中Zn的质量分数为15％，Mg的质量分数为20％，Cu的质量分数为10％；

所述SiC纳米线的纯度99％，平均直径为100nm，长度为90μm；所述SiC纳米线为10％3C、30％4H及60％6H的组合。

二、挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

将热挤压模具预热670℃预热6h，将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热至温度为690℃预热6h，然后在热挤压的加压速度为100mm/min、热挤压的变形比为15﹕1的条件下热挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料，使SiC纳米线在铝液的流变剪切应力下沿挤压方向偏转，实现SiC纳米线沿挤压方向低损伤的定向排列。本实验得到的低损伤定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的密度为2.8g/cm³，弹性模量为122GPa，弯曲强度1350MPa，屈服强度511MPa，拉伸强度693MPa，延伸率3.1％。SiC纳米线原始平均长度为90μm，挤压后SiC纳米线平均长度为83.3μm。

Claims (6)

1.一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法，其特征在于一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法按照以下步骤进行：

一、制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料：

采用固态法或液态法制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料，非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的含量按体积分数为5.0％～35％，含铝金属为65％～95％，所述含铝金属为纯铝或铝合金；

二、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热：

将热挤压模具预热0.5～6h，将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热0.5～6h至温度为1.0Tm～1.2Tm，热挤压模具预热的温度低于非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热温度的10℃～50℃；所述Tm为步骤一中含铝金属的液相线温度；

三、SiC纳米线低损伤定向排列处理：

将步骤二预热的非定向SiC纳米线增强铝基复合材料转移到步骤二预热的热挤压模具中，在热挤压的加压速度为30mm/min～120mm/min、热挤压的变形比为8～65:1的条件下快速热挤压步骤二处理的非定向SiC纳米线增强铝基复合材料，使SiC纳米线在铝液的流变剪切应力下沿挤压方向偏转，实现SiC纳米线沿挤压方向低损伤的定向排列。

2.根据权利要求1所述一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法，其特征在于步骤一中所述SiC纳米线的纯度大于85％，平均直径为5～250nm，长度为5～100μm；所述SiC纳米线为3C、2H、4H及6H中的一种或几种的任意比组合。

3.根据权利要求1所述一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法，其特征在于步骤一中所述铝合金为Al-Si合金、Al-Cu合金、Al-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg合金、Al-Cu-Mg合金、Al-Zn-Cu合金、Al-Zn-Mg-Cu合金、Al-Be合金、Al-Li合金及Al-Si-Cu-Mg合金中的一种或其中几种的任意比组合；

所述Al-Si合金中Si的质量分数为0.5％～25％；Al-Cu合金中Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Mg合金中Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Si-Cu合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Si-Mg合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Cu-Mg合金中Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al-Zn-Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Zn-Mg-Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Mg的质量分数为0.5％～38％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al-Be合金中Be的质量分数为0.5％～20％；Al-Li合金中Li的质量分数为0.5％～35％；Al-Si-Cu-Mg合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％。

4.根据权利要求1所述一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法，其特征在于步骤二中将非定向SiC纳米线增强铝基复合材料预热3h至温度为1.1Tm。

5.根据权利要求1所述一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法，其特征在于步骤三中在热挤压的加压速度为50mm/min～100mm/min、热挤压的变形比为10～50:1的条件下热挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料。

6.根据权利要求1所述一种在铝基复合材料中实现SiC纳米线低损伤定向排列的方法，其特征在于步骤三中在热挤压的加压速度为80mm/min、热挤压的变形比为25:1的条件下热挤压非定向SiC纳米线增强铝基复合材料。