[发明专利]一种气凝胶增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种气凝胶增强铝基复合材料及其制备方法，属于复合材料及其制备技术领域，解决了亚微米及微米级气凝胶颗粒难以在金属铝基体中均匀分散的技术问题，该复合材料中气凝胶的含量为0.05～5.0wt.％，余量为纯铝或铝合金。本发明通过机械搅拌和超声处理等分散处理使气凝胶颗粒均匀分散在无水乙醇中，随即添加纯铝或铝合金粉末并持续施加搅拌分散工艺，获得气凝胶颗粒和铝粉的混合浆料。将气凝胶颗粒和铝粉的混合浆料置于容器中，蒸馏去除乙醇后获得干燥的气凝胶颗粒和铝粉的混合粉末。将气凝胶颗粒和铝粉的混合粉末通过压块及热挤压工艺后得到气凝胶增强铝基复合材料。

技术领域

本发明涉及复合材料及其制备技术领域，具体是涉及一种气凝胶增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展，在汽车、航空航天、电力电子等领域，对轻质高强结构材料、导电导热材料的需求日益增加。铝合金具有密度小、比强度高、导电导热性能好等优点，在轻质结构材料和电线电缆、热沉等领域具有广阔的应用。但在铝材料的应用过程中也出现一些不足，如铝材料的强度不足，传统的钢芯铝绞线虽然保证了电缆的强度，但也存在重量大、能耗大，不利于节能减排。

通过合金成分设计、加工方式及后续的热处理技术，能够合理地控制合金的性能。一般情况下，通过添加合金元素，在提高铝合金强度的同时会显著降低合金的导电率，不能同时兼顾合金的强度和导电率，从而增大了电力传输时能量的损失。如专利CN108559886A通过控制铝合金棒材生产过程中的工艺参数，再通过后续的在线驻波淬火，同时提高挤压棒材的强度和导电性能。但是其制备过程复杂，而且其导电性能提高程度不大，棒材的电导率低于50％IACS。又如专利CN108546850A使用熔铸和热轧工艺，制备的铝合金板材具有高的电导率，而且具有生产流程短、效率高等优点，但是其力学性能较差，没有同时兼顾合金的强度和电导率。还有例如CN103952605B、CN108570634A、CN102758107A等专利。

通过向铝合金中添加SiC、AlN、SiO₂等微米、亚微米或纳米级增强相颗粒，能够显著提高合金的力学性能，同时能够使其导电率保持在较高的水平。如发明专利CN101956113B提供了一种航空航天用结构材料的制备方法，采用立方系α-碳化硅SiC_p作为增强材料，通过雾化制粉、高能球磨+真空热压的方法制备了以Al-Bi为基体的复合材料，充分发挥了增强相导电性、导热性较好、热膨胀系数小等优点，同时有效改善基体的强度和导电性，使铝合金的力学性能和电学性能得到良好的匹配。此类发明专利还有CN103526253B、CN104451475B、CN105734322B、CN106244893B、CN108677052A等。

与上述铝合金中使用的增强相颗粒相比，气凝胶材料由于具有特殊的微纳空洞结构，具备极低密度、高强度、耐高温、热膨胀系数小及耐腐蚀等优异性能。在铝及铝合金材料中添加气凝胶材料制备获得的铝基复合材料不仅具备低密度、高强度的特性，还可具备良好的导热、导热等特性，满足汽车、航空航天、电力电子等领域对高性能轻质铝材料的应用需求。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有低密度、高强度等力学性能，并且兼备良好的导电导热特性的气凝胶增强铝基复合材料。同时，面对气凝胶增强铝基复合材料制备过程中气凝胶颗粒难分散等问题，有针对性地开发提供一种凝胶增强铝基复合材料的制备方法，以解决上述背景技术中的问题。

本发明具有工艺简单、生产成本低等优点。获得的铝基复合材料密度低，同时具有力学性能优异、导热导电性能高等优点，在高性能铝结构件及对导电导热性能有特殊需求铝材料的汽车、航空航天、电力电子等领域具有广阔的应用前景。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种气凝胶增强铝基复合材料，该复合材料的基体为纯铝或铝合金，该复合材料的增强相为气凝胶。