[发明专利]颗粒增强铝基复合材料大尺寸坯锭的粉末冶金制备方法

说明书

本发明涉及一种颗粒增强铝基复合材料大尺寸坯锭的粉末冶金制备方法，其特征在于，将陶瓷颗粒和铝基体粉末混合均匀后装入金属包套内封焊，并焊接抽气管；将装有混合粉末的包套放入模具内，装入普通空气电炉加热，并采用真空抽气装置在炉外对抽气管进行抽气；待除气和加热保温完毕后，将装有混合粉末及包套的模具移至压机下热压复合；模具冷却后，从模具内取出坯锭，去除包套，获得大尺寸复合材料坯锭，制备所得坯锭直径Φ400mm～Φ2000mm。采用该方法可解决现有传统粉末冶金法依赖昂贵真空热压炉或热等静压炉且无法制备特大尺寸复合材料坯锭的限制。制备出的复合材料可进行锻造、挤压和轧制等变形加工，也可直接切割加工目标零件。

技术领域

本发明属于铝基复合材料制备领域，具体提供一种颗粒增强铝基复合材料大尺寸坯锭的粉末冶金制备方法。制备所得材料可进行锻造加工、热挤压等，也可直接切割。该材料可用于航天、航空、电子、核电等领域。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料是将陶瓷颗粒加入到铝基体中形成的一种复合材料。通过控制增强相种类、数量和尺寸，可使铝基复合材料具有优异的力学或物理性能，特别是热膨胀系数与杨氏模量。根据增强颗粒加入量的不同，可将铝基复合材料分为中低体分、中体分与高体分复合材料，分别用于承载结构、精密仪器结构、光机结构件、热管理器件等，目前主要应用于航空航天、电子、核电、地面交通等领域。中低体分复合材料因具有良好塑性与刚度匹配、良好疲劳性能等，在航空、航天、轨道交通等领域作为结构件大量应用，如战机腹鳍、发动机导流叶片、直升机旋翼连接件等及高速列车与汽车刹车盘、汽车发动机活塞、连杆以及传动轴等部件。中高体分复合材料因较低的热膨胀系数及良好热导率和尺寸稳定性等性能，在光机系统结构件、惯导器件、电子封装热沉部件等领域获得大量应用。在核电领域，B₄C颗粒增强铝基复合材料是目前最理想的中子吸收材料，主要用于维持乏燃料在高密度贮存和运输过程中的次临界状态，在新建核燃料贮存和运输设施中已获得全面应用。我国正在实施建设航天强国、核电强国、交通强国等重要任务，相应的重大工程装备必须取得跨越式发展，这给高性能颗粒增强铝基复合材料带来前所未有的发展机遇，同时也提出更高的要求和挑战，尤其是大尺寸铝基复合材料坯锭或构件需求越来越迫切。比如，随航天飞行器轻量化要求的提高，壁板、框架、梁等结构件对大尺寸中低体分复合材料提出了迫切需求，为保证这些结构件性能的可靠性，需要制备大尺寸复合材料坯锭从而进行挤压、锻造、轧制等变形加工来提高强度和韧性；在光机结构领域，随光学分辨率的提高，光机系统结构件越来越大，多块复合材料焊接拼装的制造方法已不能满足高稳定性和高可靠要求，对大尺寸复合材料坯锭的需求越来越迫切。大尺寸铝基复合材料的坯锭制备不仅可以提高材料性能和制备效率，对于大尺寸零件的一体化加工制造同样具有重要意义。