[发明专利]真空浸渗－固液直接挤压制备铝基复合材料的装置及方法

权利要求书

1.一种真空浸渗－固液直接挤压制备铝基复合材料的装置，其特征在于，包括熔炼坩埚、顶块、凸模、底部垫盘、顶杆、模具支架、模具外套和凹形块；熔炼坩埚安放在底部垫盘的上表面，底部垫盘和模具外套放置在模具支架的上表面；顶块置于熔炼坩埚内腔底部；在所述模具支架的中心、底部垫盘的中心和熔炼坩埚的底板中心均有顶杆的过孔，并且所述位于模具支架中心、底部垫盘中心和熔炼坩埚底板中心的顶杆过孔同心；顶杆的一端装入所述的顶杆过孔内，并使顶杆的上端面与顶块配合，顶杆的下端面与四柱液压机顶出缸的活塞杆相接触；模具外套固定在模具支架的上表面。

2.一种使用权利要求1所述真空浸渗－固液直接挤压制备铝基复合材料装置制备铝基复合材料的方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤1，碳布叠层穿刺预制体的制作与涂层处理；将3K平纹碳布裁剪成熔炼坩埚内壁尺寸的圆形片12-20片，并0°叠放整齐，并采用常规方法完成碳布叠层穿刺预制体的制作；将制作好的碳布叠层穿刺预制体安放在CVD炉内，采用常规方法沉积热解碳涂层；涂层工艺参数为：N₂通入量为0.1～0.5m³/h，CH₄通入量为16-24L/h，沉积温度为2000～2200℃，沉积时间为3～5小时，得到表面制备有热解碳涂层的碳布叠层穿刺预制体；

步骤2，安装铝合金熔炼装置；将顶块放置在熔炼坩埚内腔底部；将得到的表面制备有热解碳涂层的碳布叠层穿刺预制体放置于熔炼装置腔的顶块上面，将150～200g的铝合金块放置在碳布叠层穿刺预制体的上面；

步骤3，安装挤压浸渗模具；将挤压浸渗模具安装在四柱液压机上；将挤压浸渗模具中的凸模固定安装在四柱液压机的滑块上；将模具支架固定在四柱液压机工作台上；将底部垫盘和模具外套分别固定安装在模具支架上表面；顶杆与四柱液压机的下部液压顶出缸的活塞上表面相接触；至此，完成了挤压浸渗模具与四柱液压机的配合安装，通过操作四柱液压机的上部液压缸带动固定在立柱上的滑块下行和退回，通过操作四柱液压机的下部液压顶出缸实现下部顶出缸的上行和退回；步骤4，对碳布叠层穿刺预制体进行初步浸渗；通过真空炉对碳布叠层穿刺预制体进行初步浸渗；真空炉抽真空至10^-3～10^-2Pa，并对置于铝合金熔炼装置内的铝合金块加热至650℃并保温0.5～1h，使所述铝合金块熔化；对铝合金熔炼装置内通入氮气保护气体，使铝合金熔炼装置内的压力达到0.1～0.5MPa，实现对碳布叠层穿刺预制体进行初步浸渗；

步骤5，对铝合金熔炼装置中的铝合金进行重熔；通过电阻加热炉对铝合金熔炼装置中的铝合金进行重熔；将经过初步浸渗的碳布叠层穿刺预制体随炉冷却至室温；将装有经过初步浸渗的碳布叠层穿刺预制体的铝合金熔炼装置移至电阻加热炉内加热至750～850℃，实现对铝合金的重熔；电阻加热炉的升温时间为2h；

步骤6，复合材料的最终浸渗；通过挤压浸渗模具完成复合材料的最终浸渗；当电阻加热炉升温至750～850℃时，将装有铝合金和经过初步浸渗的碳布叠层穿刺预制体的铝合金熔炼装置移至挤压浸渗模具的外套中，启动四柱液压机，使滑块以5～10mm/s的速度带动凸模垂直下行，在熔化的铝合金液表面施加10～100MPa的机械压力，当施加在熔化的铝合金液表面的压力达到10～100MPa时，保压30～120s，实现液态铝合金在碳布叠层穿刺预制体中的最终浸渗，得到铝基复合材料制件；待浸渗过程彻底完成之后，操作四柱液压机退出凸模；

步骤7，取出铝基复合材料制件；得到铝基复合材料制件后，将凹形块放置在挤压模具的上表面；操作四柱液压机使滑块带动凸模下行，直至凸模压紧凹形块和铝合金熔炼装置；启动压机顶出缸，通过顶杆将铝基复合材料制件顶出。