CN1320143C - 铝与生活垃圾灰渣制备铝基复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备金属基复合材料的方法，将铝金属粉未及主要成份为二氧化硅、三氧化二铝、碳化硅的生活垃圾灰渣经过配料、混合、压制之后，进行液相烧结，得到铝基复合材料成品。利用在压力和温度条件下铝金属基体内原位反应生成一种或几种热力学稳定的增强相，这种增强相是具有高硬度和高温强度的颗粒，经过烧结，弥散分布的颗粒，增强了铝质材料的抗拉弹性模量，硬度和耐磨性能，既可获得具备金属基复合材料优良性能的铝基复合材料，又能将拉圾灰渣进行资源化再利用，即降低了复合材料的制作成本，又减少了对环境的污染。
Description
一、技术领域：复合材料
二、背景技术：
现代科学技术的迅猛发展对材料提出了越来越高的要求。金属基复合材料的性能既优于金属材料也优于树脂基复合材料，其中颗粒增强金属基复合材料是作为耐热、耐磨、耐腐蚀材料开发的，它具有良好的力学性能和摩擦性能。一般来说，金属及其合金的热扩散性能好，延伸性好，但在高温下易氧化和蠕变；陶瓷颗粒脆性大，但耐热、耐腐蚀强。将两种材料在一定工艺条件下复合在一起，形成的复合材料具有高强度、高硬度、高耐磨性高耐蚀性、耐高温及热膨胀系数小等优点。
本发明利用垃圾焚烧的灰渣作为金属铝基复合材料的增强相，制备铝基复合材料。该发明既可以获得生产应用的铝基复合材料，具备金属基复合材料所拥有的优良性能，又能将垃圾灰渣进行资源化再利用、降低了复合材料的制作成本。该发明是利用在一定条件下在铝金属基体内原位反应生成一种或几种热力学稳定的增强相的一种复合方法。这种增强相一般为具有高硬度、高弹性模量和高温强度的陶瓷颗粒，即氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、甚至硅化物，如三氧化二铝、三氧化二钇、炭化钛、炭化硅、炭化钽、氮化钛、硼化钛、氮化硅等颗粒。
三、发明内容：
1.本发明的目的是对铝金属粉体与生活垃圾焚烧灰渣中的二氧化硅、三氧化二铝、碳化硅增强体物质进行复合，通过液相烧结制备铝基复合材料，组织结构均匀，原位生成的氧化铝增强体得到了弥散分布，增强了铝质材料的抗拉弹性模量，硬度和耐磨性能。
2、技术方案：
图1是本发明的工艺流程图。首先，将铝金属粉体和生活垃圾灰渣粉体按质量比例均匀混合进行混料；然后在压制机械中进行压制，获得压坯；在氮气或氩气保护气氛下，进行液相烧结，得到成品铝基复合材料。
技术条件：
1.铝金属粉体粒径为70～150微米；
2.生活垃圾焚烧灰渣粒径为70微米以下；其主要成份和重量百分比为二氧化硅35～54％，三氧化二铝为8～25％，碳化硅0.2～1.8％；
3.铝金属粉体和垃圾灰渣的质量比为60～98∶2～40；
4.压坯压力为5.8～11.8MPA；
5.液相烧结制度为，首先以15～25℃/h的升温速率，升温至150～200℃，保温8～12h，再以15～25℃/h的升温速率，升温至450～500℃，保温5～8h，最后以35～50℃/h的升温速率升温至终了温度，保温0～8h，烧结终了温度为700～980℃得成品铝基复合材料。
与现有技术相比本发明具有的优点：
①由于避免了与基体浸润不良的问题，因而与基体结合良好。
②增强体大小和分布较易控制，并且数量可在较大范围内调整。
③在保持材料较好的韧性和高温性能的同时，可较大幅度地提高材料的强度和弹性模量。
④具有工艺简单，操作方便，容易控制，成本低的特点，并且可制得形状复杂、尺寸大的构件，是一种有望实现产业化的工艺技术之一。
⑤利用生活垃圾灰渣既达到废物的处理，稳定垃圾灰渣中的有害成分，又达到资源化再利用的目的，同时降低复合材料的成本。
四、附图说明：图1是工艺流程图、图2是实施例一的烧结制度曲线图，图3是实施例2的烧结制度曲线图。
五、具体实施方式
实施例1
1)实施条件
铝金属粉体材料与粒径在74μm以下的生活垃圾灰渣的质量比为83∶17，混合均匀后在压样机中于6.8MPa的压力下压制成φ10×15mm的压坯。送入氮气保护气氛围的烧结窑中液相烧结，根据图2的烧结制度进行液相烧结，烧结制度为，首先以20℃/h的升温速率，升温至180℃，保温10h；再以18.7℃/h的升温速率，升温至460℃，保温5h；最后，以52.5℃/h的升温速率，升温至终了温度880℃，保温5h，液相烧结获得成品。
2)实施结果
成品机械性能良好。热膨胀系数为0.3，密度为2.43g/cm3，弹性模量为3014.3Mpa，耐磨性能比铝镁合金的提高了1.3倍。
实施例2
1)实施条件
铝金属粉体材料与粒径在74μm以下生活垃圾灰渣的质量比为91∶9，混合均匀后在压样机中于5.8MPa的压力下压制成φ10×15mm的压坯。送入氮气保护气氛围的烧结窑中液相烧结，根据图3的烧结制度进行液相烧结，烧结制度为，首先以22.5℃/h的升温速率，升温至200℃，保温10h；再以20℃/h的升温速率，升温至480℃，保温6h；最后，以37.1℃/h的升温速率，升温至终了温度740℃，保温3h，液相烧结获得成品。
2)实施结果
成品机械性能良好。热膨胀系数为0.22，密度为2.56g/cm3，弹性模量为2250.8Mpa，耐磨性能比铝镁合金的提高了1.19倍。
Claims (1)
1.一种铝与生活垃圾灰渣制备铝基复合材料的方法，将铝金属粉末及生活垃圾焚烧灰渣按比例进行配料，混匀、在压制机中压制成坯体，在惰性气氛保护下液相烧结，得到成品铝基复合材料，其特征是：
1)、所述铝金属粉末粒径为70～150微米；
2)、所述生活垃圾焚烧灰渣的主要成份和重量百分比为二氧化硅35～54％，三氧化二铝为8～25％，碳化硅0.2～1.8％，灰渣粒径为70微米以下；
3)、所述铝金属粉体和垃圾灰渣的质量比为91∶9；
4)、所述压坯压力为5.8MPA；
5)、所述液相烧结制度为首先以22.5℃/h的升温速率，升温至200℃，保温10h；再以20℃/h的升温速率，升温至480℃，保温6h；最后，以37.1℃/h的升温速率，升温至终了温度740℃，保温3h，获得成品。
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