[发明专利]一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒增强铝基复合材料技术领域，具体地说是一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

航空航天技术的发展对材料性能提出了新的要求和挑战，在普通的单一材料已越来越难以满足新型机械结构对零件性能要求的背景下，集多种材料优点于一身的颗粒增强铝基复合材料由于具有高比模量、高比强度等良好的机械性能，在航空航天仪表上面有着广泛的应用，其高比刚度、比强度、良好的导热性、低热膨胀系数等许多优异特性受到了广泛的关注，在航空、航天、汽车、电子等领域展示了广阔的应用前景，在光学精密构件和惯性仪表上的应用也越来越引起重视。但如何进一步发挥复合材料的性能潜力，仍是材料科学工作者关注的问题。

其中，纳米碳化硅颗粒的比表面积巨大，且颗粒之间界面相互作用强，这使得纳米碳化硅颗粒复合材料的功能性如导热、导电性能、比模量、耐磨性均有大幅提高，纳米碳化硅颗粒内部缺陷少、表面活性高，与基体的切合强度高，当其弥散分布于基体中时，能起到弥散强化作用，其表现出优异的性能收到越来越多的关注。

纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料在其功能性上的提高往往需要高纳米碳化硅含量的颗粒。但现有技术中，纳米碳化硅颗粒体积分数超过10%后，铝基复合材料的塑韧性及强度迅速降低，加工变得困难。如果复合材料在提高纳米碳化硅体积分数，保障其功能性的前提下，强度不下降且塑韧性达到一定值，那么纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料除了其突出的功能化特性，还可作为结构材料应用于关键受力部件，将具有更加广泛的应用前景。但目前市场上流通的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料还不能同时兼顾良好的功能性、强度及塑韧性。

发明内容

本发明旨在提供一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，使得易于生产且兼顾功能性、强度及塑韧性的一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料得以实现。

为解决以上技术问题，本发明的一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料以纳米碳化硅颗粒为增强粒子，以铝合金为基体，其中纳米碳化硅颗粒的体积分数为6～16%，其余为铝合金。

本发明的制备所述一种纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的方法包括以下步骤：

步骤一：在氩气保护下，取所述体积分数为1～5%的纳米碳化硅颗粒和95～99%的铝合金粉进行混合，投入密封球磨罐，将密封球磨罐抽真空后再充入氩气，经抽真空及充入氩气循环2～5次，得混合料；

步骤二：将装有步骤一制得的混合料的密封球磨罐在-20～20℃条件下进行球磨15～25h得球磨料，且在球磨过程中每隔2h停机一次，冷却0.5h后继续球磨；

步骤三：将步骤二制得的球磨料装入耐热钢模具，将模具放入真空热压烧结设备中，在抽真空后开始加热进行真空除气，最后在120～150MPa压力下预压，使原料的致密度达到75%，得预成型件；

步骤四：将步骤三制得的预成型件放入空气炉中，在30min内加热到560～600℃，在60～90MPa条件下保温保压2～4h后降至常压，先缓慢降温至500℃，再快速降温至150℃以下，得体积分数为1～5%的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料的成型件；

步骤五：将步骤四制得的成型件置于真空炉中，在18～50 Pa下，在40min内将真空炉内快速加热到1410～1510℃进行真空浓缩蒸发，保温0.5～8h将部分铝合金基体蒸发后冷却至常温即制得体积分数为6～16%的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料；

步骤六：将步骤五制得的体积分数为6～16%的纳米碳化硅颗粒增强铝基复合材料在490～515℃的条件下进行固溶处理2～3h,经过水淬后再于170～200℃的条件下进行时效处理8～16h，即制得最终产品。

优选的，所述纳米碳化硅颗粒的纯度为99.9%以，其上粒径为：40nm≤D50≤60nm；所述铝合金粉为2024铝合金粉，其粒径为8～12μm。

优选的，所述纳米碳化硅颗粒通过将微米碳化硅颗粒在-20～20℃的温度条件下，在充氩气保护的球磨密封罐内进行球磨15～35h制得，所述球磨的磨球为氧化锆，磨球直径为5～10mm，球料比为20：1～80：1。

优选的，所述步骤一中抽真空后密封球磨罐内的压力低于1×10^-2Pa，充入氩气后密封球磨罐内的压力为1×10⁵～1.5×10⁵Pa。