[发明专利]镀覆Ti5Si3层SiC的制备方法及其在粉末冶金制备铝基复合材料中的应用

说明书

技术领域

本发明属于颗粒增强金属基复合材料制备方法领域，尤其是涉及一种镀覆Ti₅Si₃层的 SiC颗粒的制备方法和一种采用镀覆Ti₅Si₃层SiC颗粒，通过半固态粉末烧结制备铝基复合 材料的方法。。

背景技术

由于SiC颗粒增强铝基复合材料具有高的比强度、比刚度、比模量以及良好的抗磨损和 抗腐蚀等性能，所以其得到了越来越多的关注。同时，其在航空、航天、汽车和电子封装等 领域得到了越来越广泛的应用和发展。目前，最为常用的制备SiC颗粒增强铝基复合材料的 方法有粉末冶金法、搅拌铸造法、无压和压力浸渗法，喷射沉积以及搅拌摩擦焊等方法。在 这些制备方法中，粉末冶金以其独有的近成型性、成分精确可控以及颗粒分散均匀性较高等 优点得到了复合材料界越来越多的关注。同时，粉末冶金法制备的SiC颗粒增强铝基复合材 料在航空、航天、汽车和电子封装领域得到了越来越多的应用。由于传统粉末冶金法制备的 SiC颗粒增强铝基复合材料的工艺是：①直接采用商业SiC颗粒或将商业SiC颗粒进行表面 预氧化处理后与铝合金粉末进行均匀混合，混合后压制成坯料；②将压制好的坯料进行烧结， 烧结温度一般远低于基体合金的熔点，靠合金粉体之间的固态扩散结合为一体。所以在采用 传统粉末冶金法制备的SiC颗粒增强铝基复合材料中一直存在的难以解决的关键问题是：① 常常存在一定数量微观尺度上的孔隙，这些微观孔隙往往会作为裂纹源；②SiC颗粒与铝基 体之间为物理结合，导致复合材料中的SiC颗粒与铝基体之间的界面易产生脱粘开裂。上述 关键问题导致复合材料性能降低。

国内外学者尝试通过对增强体表面改性来解决在粉末冶金法制备的SiC颗粒增强铝基 复合材料中SiC颗粒与铝基体之间界面易脱粘开裂以及复合材料中存在孔隙的瓶颈问题。研 究了对SiC颗粒表面进行化学镀金属(例如Cu、Ni和Ag等)，通过金属离子与还原剂在溶 液内发生氧化还原反应得到金属镀层，并沉积在SiC颗粒表面，提高复合材料中SiC颗粒与 铝基体的界面结合能力。然而这些金属涂层与SiC颗粒之间是通过物理作用力结合，强度较 低，且涂层易与铝基体发生反应，生成脆性如NiAl₃和Al₂Cu等金属间化合物，从而限制了 复合材料性能的提高。同时，上述处理方法成本较高，大规模产业化应用受到限制。

我们发现在SiC颗粒表面镀覆Ti₅Si₃层得到了意想不到的效果，Ti₅Si₃层在半固态粉末 烧结制备SiC颗粒增强铝基复合材料的过程中Ti₅Si₃相完全转变为Al₃Ti相。Al₃Ti相与铝合 金熔体的润湿性好，解决了SiC颗粒与铝基体之间界面易脱粘开裂以及复合材料中存在孔隙 的瓶颈问题，同时，显著提高了SiC颗粒增强铝基复合材料的致密度和力学性能。SiC颗粒 表面镀覆Ti₅Si₃层工艺简单，成本低廉，易于大规模产业化生产。

技术内容

本发明的目的是提供一种半固态粉末烧结制备镀覆Ti₅Si₃层的SiC颗粒增强铝基复合材 料的制备方法，此方法制备的SiC颗粒增强铝基复合材料获得了意想不到的效果，使组织致 密、无孔隙、SiC颗粒与铝基体之间的界面结合良好，力学性能得到显著提高。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现：

一种镀覆Ti₅Si₃层的SiC颗粒的制备方法，按以下步骤进行：

(1)按照Ti占Ti与SiC混合粉质量比为5％-20％的比例称取SiC粉、Ti粉、NaCl以及 BaCl₂粉。NaCl+BaCl₂在复合粉体中的质量比为30％-50％。称量好的SiC粉、Ti粉、NaCl 以及BaCl₂粉在星式混料机中以100转/分钟的转速混合4-8小时；

(2)将步骤(1)中混合均匀的粉体装入刚玉坩埚并压实；