[发明专利]一种陶瓷粉与短纤维复合的铝基复合材料制备工艺

说明书

本发明公开了一种陶瓷粉与短纤维复合的铝基复合材料制备工艺，先对铝粒清洗，而后裹胶，接着依次放入短纤维和陶瓷粉，重复多次后进行烘干，烘干结束后冷压，最后烧结成型。本发明简单易行，适用范围广，力学性能指标大幅度提高，能够提供高质量的铝合金复合材料坯料。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料制备技术领域，具体涉及一种陶瓷粉与短纤维复合的铝基复合材料制备工艺。

背景技术

铝基复合材料相对于传统基体合金具有高的比强度、比刚度和优良的高温力学性能、低的热膨胀系数、优良的耐磨性，在航空、航天、汽车、电子和交通运输工业具有十分广阔的应用前景。

铝基复合材料的研究开始于20世纪50年代，近20年来无论从理论上还是技术上都取得了较大进步，各国在研发上都投入了大量的人力物力，它是金属基复合材料中被研究最多和最主要的复合材料。目前开发的铝基复合材料主要有SiC/Al、B/Al、B₄C/Al、Al₂O₃/Al等，铝基复合材料已经广泛用于制造歼击机、直升机等大飞机的机翼、方向舵、襟翼、机身及蒙皮等部件。

最早的航空应用实例是20世纪80年代美国洛克希德·马丁公司将25％SiC/6061Al复合材料用以制作承放仪器的支架，其比刚度较7075铝合金提高65％。20世纪90年代末，碳化硅颗粒增强铝基复合材料在大型客机上获得大量应用，普惠公司从PW4084发动机开始，采用DWA公司生产的挤压态碳化硅颗粒增强变形铝合金基复合材料制作风扇出口导流叶片，用于PW4000系列发动机的波音777客机上。颗粒增强铝基复合材料耐冲击能力比树脂基复合材料有大幅提高，抗冲蚀能力是树脂基复合材料的7倍，且容易发现各种损伤，并使成本下降1/3以上。

近10年来，纤维价格的降低和挤压铸造、真空吸铸及真空压渗等复合工艺的出现，使复合材料有可能用于大批量的常规兵器中。纤维增强铝基复合材料因其良好的综合性能，在兵器中的应用已越来越广，各先进国家投入了大量研究工作，试制了发动机中的连杆、活塞、战术发动机壳体、制导舵板、战斗部支撑架、军用作战桥梁的拉力弦、架桥坦克桥体和长杆式穿甲弹弹托等。

美国陆军早在20世纪70年代末期就对Al₂O₃/A206复合材料制造履带板进行了研究，通过采用复合材料制造履带板可使其质量从铸钢的544～680kg下降到272～362kg，减轻近50％。美国海军地面武器中心把SiC/Al复合材料用于船舶结构体和舱板，并将这种材料用于多种水下工程以及鱼雷、水雷的外壳。用碳化硅纤维增强铝合金复合材料制成的跨度为30m的舟桥，质量只有5t，刚度比铝合金的高30％，随着价格和技术问题的不断解决，此类材料在兵器领域中的应用将会更加广阔。

我国也已经较全面地开展了铝基复合材料方面的研究工作，包括纤维增强、颗粒增强、层压复合、喷射沉积和原位生成等方面的研究，取得了很重要的进展，正在走向规模化应用阶段，特别是近期为适应节能减排的需要，国家提出大力发展轻量化汽车和动力电池汽车，为铝基复合材料的大规模应用提供了广阔的空间。

铝基复合材料的目前主要制备工艺如下：

颗粒增强铝基复合材料的成型方法有两种，一是粉末冶金法，即将颗粒与铝合金粉混合，按常规粉末冶金法加工，特点是工艺和制品质量易控制和复合材料中颗粒的体积含量高，但是成本较高，制约了大规模发展。二是各种液相复合法，该方法(特别是搅拌法)可以规模生产，成本相对较低，但颗粒体积分数一般不超过25％，工艺过程控制较难，且制品质量稳定性也较粉末冶金法差。此种复合材料的性能比原基体合金有明显提高，例如，以20％的碳化硅颗粒增强6061铝合金，其强度从原合金的310MPa提高到496MPa，模量则从68GPa增至103GPa，此外，耐磨性、尺寸稳定性、耐热性也比原合金有很大改善，该种复合材料已经在超大规模集成电路基板、各种结构型材和耐磨部件(如车辆的刹车片)方面获得满意的使用效果。