[发明专利]铝-氮化硼纳米片层状复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝‑氮化硼纳米片层状复合材料，包括铝和氮化硼纳米片（BNNSs），所述BNNSs均匀分布在不同粒径Al颗粒表面，其中，Al颗粒呈片层状，BNNSs为增强相，BNNSs尺寸为300600‑700700nm2，厚度为5‑100nm；其制备方法为：将铝和氮化硼纳米片（BNNSs）复合粉末冷压成复合块体，对复合块体进行SPS烧结即可得到纳米片层状复合材料；该复合材料热胀系数小、力学性能高、生产工艺过程短、生产成本较低。

技术领域

本发明涉及一种片层状复合材料及其制备方法。

背景技术

铝基复合材料是以铝或者铝合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料，具有比强度和比刚度高、高温性能好、耐疲劳等一系列突出性能优点。作为基体的铝资源丰富、成本较低。近年来铝基复合材料已广泛应用于汽车发动机活塞、齿轮箱以及精密仪器的制造，减轻结构件的重量的同时，提升了其性能和可靠性。国家知识产权局公开了一种铝-氮化硼纳米片复合涂层（CN112376042A），包括铝和氮化硼纳米片(BNNSs)；所述BNNSs均匀分布在Al沉积体内，其中，Al颗粒呈片层状，BNNSs为增强相，BNNSs尺寸为300×600～700×700nm2，厚度为5～100nm。国家知识产权局还公开了一种氮化硼纳米片增强的铝基复合材料制备方法（CN110551908A），包括如下步骤：(1)原料为铝粉与氮化硼纳米片，按铝粉与氮化硼纳米片质量比(96-99):(1-4)的比例，将铝粉与氮化硼纳米片装入球磨罐中，在惰性气体氛围下，通过球磨使铝粉与氮化硼纳米片混合均匀。(2)将球磨后的粉末装入磨具，冷压成型；(3)将冷压块体进行半固态烧结，烧结温度为600-750℃，烧结时间为1-3小时；(4)将半固态烧结后的块体置于挤压装置进行挤压，得到原位生成的均匀连续浸润层的铝基复合材料。

但在实际应用中，铝基复合材料存在诸多亟需解决的科学和技术难点：（1）力学性能存在强韧性倒置关系。增强相提高了复合材料的屈服强度的同时却降低了复合材料拉伸塑/韧性。（2）界面反应等控制难。复合材料制备一般都需要在高温下进行，而高温下界面容易发生对性能不利的化学反应，有时也会发生氧化生成有害的反应产物。（3）成分分布调控难。增强相与基体在物理性质上、尺寸上都有着较大的差异，使其按照强度设计的要求进行分布较为困难。（4）制备周期长、成本高。

目前新能源汽车涡旋盘使用的4032铝合金，存在着热膨胀系数偏高、断裂伸长率偏低和耐热性不足等缺点。因此，迫切需要围绕新能源汽车涡旋盘用铝基复合材料开展创新工作。

发明内容

本发明的内容主要是围绕新能源汽车空调涡旋盘用新型高性能铝基复合材料的研发开展工作，针对当前涡旋盘材料存在的诸多问题，研发强度高、韧性好、热膨胀系数低的铝基复合材料，提升其综合性能，降低其制造成本，从而获得高性能的涡轮盘材料。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种铝-氮化硼纳米片层状复合材料，包括铝和氮化硼纳米片（BNNSs），其特征在于：所述BNNSs均匀分布在不同粒径Al颗粒表面，其中，Al颗粒呈片层状，BNNSs为增强相，BNNSs尺寸为300600-700700nm²，厚度为5-100nm。

所述BNNSs体积占比0.2%-4%。

氮化硼纳米片（BNNSs）为二维片状。

其通过SPS烧结方式获得。

其制备方法为：将铝和氮化硼纳米片（BNNSs）复合粉末冷压成复合块体，对复合块体进行SPS烧结即可得到纳米片层状复合材料，具体包括以下步骤：

步骤一：将六方氮化硼（h-BN）高能球磨后超声分散，制备BNNSs；

步骤二：将BNNSs与铝粉混合，通过球磨复合粉末制备出BNNSs/ Al复合粉末；