CN1793407A - 纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料及制备方法 - Google Patents

纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料及制备方法 Download PDF

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纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料及制备方法，它涉及一种碳化硅增强铝基复合材料及制备方法。它解决了传统制备颗粒增强铝基复合材料的方法中纳米级增强颗粒不能均匀分布于铝基体内，制备工艺繁杂，成本高的问题。纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料由纳米碳化硅颗粒和铝粉作为原料制成；其中纳米碳化硅颗粒的体积占原料体积的0.5～20％，铝粉的体积占原料体积的80～99.5％。其制备方法：1.将原料混合投入密封球磨罐后抽真空再充入氩气反复进行2～10次；2.高能球磨；3.热压烧结；4.热挤压，即得到纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料。本发明制备工艺简单，成本低，纳米碳化硅颗粒在铝基体内分布均匀，制粉率高，而且，复合材料的力学性能有显著提高。

Description

纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种碳化硅增强铝基复合材料及制备方法。
背景技术
传统制备颗粒增强铝基复合材料的方法不能使纳米级增强颗粒均匀分布于铝基体内，而且制备工艺繁杂，成本高，不易推广应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决传统制备颗粒增强铝基复合材料的方法中纳米级增强颗粒不能均匀分布于铝基体内，制备工艺繁杂，成本高的问题，而提供的一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料及制备方法。纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料由纳米碳化硅颗粒和铝粉作为原料制成；其中纳米碳化硅颗粒的体积占原料体积的0.5～20％，铝粉的体积占原料体积的80～99.5％。其制备方法按以下步骤进行：(一)将占原料体积0.5～20％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积80～99.5％的铝粉混合投入密封球磨罐后抽真空再充入氩气这一操作反复进行2～10次；(二)高能球磨：陶瓷磨球与原料的质量比为4∶1，球磨机转速为300±100r/min，每隔30±5min停机一次，待原料冷却至室温后继续球磨，球磨共24±1h；(三)热压烧结：将球磨过的原料装入模具中冷压，使原料的致密度达到70％，再放入空气炉中以5～20℃/min的速度升温到580±20℃，压力为200±10MPa，并保温、保压10±2min，然后降压、冷却至常压、室温得到坯料；(四)热挤压：将坯料和挤压模具分别在420±20℃条件下保温30±5min，然后挤压，挤压比为25∶1，即得到纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
本发明制备工艺简单，成本低，纳米碳化硅颗粒在铝基体内分布均匀，制粉率高，而且，复合材料的力学性能有显著提高，纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料与铝进行比较抗拉强度提高了40～94％、硬度提高了45～103％。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料由纳米碳化硅颗粒和铝粉作为原料制成；其中纳米碳化硅颗粒的体积占原料体积的0.5～20％，铝粉的体积占原料体积的80～99.5％。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料由占原料体积1～15％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积85～99％的铝粉制成。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料由占原料体积3％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积97％的铝粉制成。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料由占原料体积5％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积95％的铝粉制成。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料由占原料体积10％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积90％的铝粉制成。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料由占原料体积17％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积83％的铝粉制成。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一、二、三、四、五或六的不同点是：纳米碳化硅颗粒的粒度为20±10nm，铝粉的粒度为10±2μm。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七的不同点是：纳米碳化硅颗粒的粒度为20nm，铝粉的粒度为10μm。
具体实施方式九：本实施方式按以下步骤制备纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料：(一)将占原料体积0.5～20％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积80～99.5％的铝粉混合投入密封球磨罐后抽真空再充入氩气这一操作反复进行2～10次；(二)高能球磨：陶瓷磨球与原料的质量比为4∶1，球磨机转速为300±100r/min，每隔30±5min停机一次，待原料冷却至室温后继续球磨，球磨共24±1h；(三)热压烧结：将球磨过的原料装入模具中冷压，使原料的致密度达到70％，再放入空气炉中以5～20℃/min的速度升温到580±20℃，压力为200±10MPa，并保温、保压10±2min，然后降压、冷却至常压、室温得到坯料；(四)热挤压：将坯料和挤压模具分别在420±20℃条件下保温30±5min，然后挤压，挤压比为25∶1，即得到纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：步骤(一)将占原料体积1～15％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积85～99％的铝粉混合投入密封球磨罐中。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：步骤(一)将占原料体积3％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积97％的铝粉混合投入密封球磨罐中。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：步骤(一)将占原料体积5％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积95％的铝粉混合投入密封球磨罐中。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：步骤(一)将占原料体积10％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积90％的铝粉混合投入密封球磨罐中。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：步骤(一)将占原料体积17％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积83％的铝粉混合投入密封球磨罐中。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：步骤(一)中抽真空后密封球磨罐内的压力低于10-2pa，充入氩气后密封球磨罐内的压力为1×105～1.5×105Pa。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：步骤(一)纳米碳化硅颗粒和铝粉混合投入密封球磨罐后抽真空再充入氩气这一操作反复进行3～7次。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：步骤(一)纳米碳化硅颗粒和铝粉混合投入密封球磨罐后抽真空再充入氩气这一操作反复进行3次。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：纳米碳化硅颗粒的粒度为20±10nm，铝粉的粒度为10±2μm。
具体实施方式十九：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：纳米碳化硅颗粒的粒度为20nm，铝粉的粒度为10μm。
具体实施方式二十：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：步骤(二)中球磨机转速为300r/min，每隔30min停机一次，待原料冷却至室温后继续球磨，球磨共24h。
具体实施方式二十一：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：步骤
(三)中空气炉以10～15℃/min的速度升温到580℃，压力为200MPa，并保温、保压10min。
具体实施方式二十二：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：步骤
(三)中空气炉以20℃/min的速度升温到580℃，压力为200MPa，并保温、保压10min。
具体实施方式二十三：本实施方式与具体实施方式九的不同点是：步骤(四)中坯料和挤压模具分别在420℃条件下保温30min。
具体实施方式二十四：本实施方式对纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料与铝进行力学性能测试。6组纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料中纳米碳化硅颗粒分别占原料体积的1％、3％、5％、10％、15％、20％，其余体积为铝粉。
表1是室温下各组材料力学性能的测试结果，从表1中的数据可发现纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的力学性能比铝有显著的提高。
表1
材料   抗拉强度(MPa) 硬度(Hv)
 铝   141   40
 加入1％(体积)纳米碳化硅颗粒的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料 202 59
 加入3％(体积)纳米碳化硅颗粒的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料 270 74.6
  加入5％(体积)纳米碳化硅颗粒的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料 273 81
  加入10％(体积)纳米碳化硅颗粒的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料 243 85
  加入15％(体积)纳米碳化硅颗粒的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料 221 80
  加入20％(体积)纳米碳化硅颗粒的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料 208 83

Claims (9)

1、纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料，其特征是它由纳米碳化硅颗粒和铝粉作为原料制成；其中纳米碳化硅颗粒的体积占原料体积的0.5～20％，铝粉的体积占原料体积的80～99.5％。
2、根据权利要求1所述的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料，其特征在于纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料由占原料体积1～15％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积85～99％的铝粉制成。
3、根据权利要求1所述的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料，其特征在于纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料由占原料体积3％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积97％的铝粉制成。
4、根据权利要求1、2或3所述的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料，其特征在于纳米碳化硅颗粒的粒度为20±10nm，铝粉的粒度为10±2μm。
5、纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征是它按下述步骤进行：(一)将占原料体积0.5～20％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积80～99.5％的铝粉混合投入密封球磨罐后抽真空再充入氩气这一操作反复进行2～10次；(二)高能球磨：陶瓷磨球与原料的质量比为4∶1，球磨机转速为300±100r/min，每隔30±5min停机一次，待原料冷却至室温后继续球磨，球磨共24±1h；(三)热压烧结：将球磨过的原料装入模具中冷压，使原料的致密度达到70％，再放入空气炉中以5～20℃/min的速度升温到580±20℃，压力为200±10MPa，并保温、保压10±2min，然后降压、冷却至常压、室温得到坯料；(四)热挤压：将坯料和挤压模具分别在420±20℃条件下保温30±5min，然后挤压，挤压比为25∶1，即得到纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料。
6、根据权利要求5所述的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤(一)将占原料体积1～15％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积85～99％的铝粉混合投入密封球磨罐中。
7、根据权利要求5所述的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤(一)将占原料体积3％的纳米碳化硅颗粒和占原料体积97％的铝粉混合投入密封球磨罐中。
8、根据权利要求5所述的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于步骤(一)中抽真空后密封球磨罐内的压力低于10-2Pa，充入氩气后密封球磨罐内的压力为1×105～1.5×105Pa。
9、根据权利要求5所述的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于纳米碳化硅颗粒粒度为20±10nm，铝粉粒度为10±2μm。
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