[发明专利]一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法

说明书

一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法。本发明涉及一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法。本发明的目的是为了解决采用常规热挤压处理使SiC纳米线定向排列过程中对SiC纳米线损伤严重的问题。方法：一、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料的制备；二、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料及热挤压模具的预热；三、半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料。本发明在固相线以上、液相线以下对SiC纳米线增强铝基复合材料进行热挤压处理。铝基体的晶粒边界发生熔化，铝基体处于固‑液混合状态，对SiC纳米线约束力小。SiC纳米线可以实现低损伤的定向排列。

技术领域

本发明涉及一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法。

背景技术

近些年来，纳米相增强金属基复合材料以其优异的强化效率，成为金属基复合材料的研究热点。目前，纳米复合材料的主要增强体为零维纳米材料(例如Al₂O₃纳米颗粒)，一维纳米材料(例如碳纳米管、SiC纳米线)，二维纳米材料(例如石墨烯)。目前，纳米铝基复合材料的制备方法，主要集中于固态法(热压烧结、放电等离子烧结、搅拌摩擦焊)和液态法(挤压铸造法、搅拌铸造、气压浸渗、无压浸渗及喷射沉积等)。过去采用碳纳米管增强铝基复合材料的研究很深入，但是碳纳米管加入的含量较低，材料性能提升效果较低；另一方面碳纳米管易于与铝基体发生界面反应，从而恶化了材料的性能。SiC相是铝基复合材料中的一种理想增强体，采用SiC颗粒增强的铝基复合材料的研究非常深入，并且已经开始了产业化应用。Wenshu Yang等人发现SiC纳米线具有比SiC晶须和SiC颗粒更高的增强效率。目前制备SiC纳米线增强铝基复合材料的方面包括固态法和液态法。Jintakosol等人采用热压烧结法制备了最高含量15vol.％的SiC纳米线增强铝基复合材料。Wenshu Yang和RonghuaDong等人采用超声波首先分散SiC纳米线浆料，采用压力浸渗法制备了复合材料，材料致密度较高(>97％)，SiC纳米线与Al基体界面结合良好且其弯曲强度超过了1000MPa，并具有良好的加工性能和一定的塑性。

Wenshu Yang和Ronghua Dong等人采用热挤压的方式对SiC纳米线增强6061铝基复合材料进行了处理，发现热挤压处理一方面提高了材料的致密度，另一方面使SiC纳米线定向排列，从而显著提高了材料的力学性能。但是他们的热挤压温度(520℃)是在基体合金固相线(582℃)以下进行的。在固相线以下时，铝基体虽然具有一定的流动性，但是仍然是固相，这导致SiC纳米线在定向排列过程中仍受到周围基体较大的约束，因此SiC纳米线发生了明显的断裂。SiC纳米线的强化效果与其长径比直接相关，因此SiC纳米线发生断裂后显著降低了SiC纳米线的增强效果。因此如何能实现SiC纳米线的低损伤定向排列是目前限制SiC纳米线增强铝基体复合材料性能提升的一个难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决采用常规热挤压处理使SiC纳米线定向排列过程中对SiC纳米线损伤严重的问题，提出了一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法。

本发明的一种基于半固态挤压制备定向排列SiC纳米线增强铝基复合材料的方法按照以下步骤进行：

一、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料的制备：

采用固态法或液态法制备非定向SiC纳米线增强铝基复合材料；所述非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中SiC纳米线的体积分数为5.0％～35％，所述非定向SiC纳米线增强铝基复合材料中含铝金属体积分数为65％～95％；其中所述含铝金属为纯铝或铝合金；

二、非定向SiC纳米线增强铝基复合材料及热挤压模具的预热：