專利名稱：陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明涉及一種鋁基復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
鋁基復(fù)合材料由于具有高比強度、高比剛度、耐磨損、耐高溫、導(dǎo)熱性好、低的膨脹系數(shù)、高的尺寸穩(wěn)定性以及良好的疲勞性能和斷裂性能等一系列優(yōu)點，成為航空航天、先進武器等尖端技術(shù)的理想材料，近年來，越來越受到世界各國的重視。在鋁基復(fù)合材料的研究中，增強體/基體的界面始終是人們關(guān)注的焦點，因為界面區(qū)的條件狀態(tài)對復(fù)合材料的性能及特性產(chǎn)生顯著影響。由于復(fù)合材料的界面具有高度可設(shè)計性，通過界面處理提高鋁基復(fù)合材料的性能一直是本領(lǐng)域科技人員的研究方向。但是，現(xiàn)在由于鋁基復(fù)合材料的界面處理過程成本高，工藝復(fù)雜，反應(yīng)過程不好控制，所以直接導(dǎo)致鋁基復(fù)合材料的成本高，工藝復(fù)雜，性能不穩(wěn)定，制約了鋁基復(fù)合材料廣泛的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有鋁基復(fù)合材料成本高，工藝復(fù)雜，性能不穩(wěn)定的問題，提供了陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明的陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法按以下步驟進行陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法按以下步驟進行 一、把金屬鹽和堿性物質(zhì)分別在瑪瑙研缽中研磨至粒徑為0.1 50pim; 二、把金屬鹽的顆粒、堿性物質(zhì)的顆粒和陶瓷增強體在同一容器內(nèi)混合均勻制成混合顆粒，金屬鹽的顆粒和堿性物質(zhì)的顆粒之間的摩爾比為1 2:1 4，金屬鹽的顆粒和堿性物質(zhì)的顆粒的總量
與陶瓷增強體之間的質(zhì)量比為1 : 6 40;三、將混合顆粒在球磨機上進行球磨，球磨介質(zhì)是直徑2 15mm的瑪瑙球，球料比5 20 : 1，球磨罐的轉(zhuǎn)速50 400r/min，球磨時間5 60min，得表面具有涂覆層的陶瓷增強體；四、用去離子水對表面具有涂覆層的陶瓷增強體沖洗3 6次，使pH控制在7 8之間；五、將經(jīng)過沖洗的表面具有涂覆層的陶瓷增強體制成預(yù)制件，加熱至溫度為400 100(TC燒結(jié)，保溫30 120min;六、預(yù)制件和金屬鋁經(jīng)過擠壓鑄造，冷卻，即得陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料；其中步驟一中的金屬鹽由錫鹽、鉍鹽、鋅鹽、銦鹽、鎳鹽和銅鹽中一種或兩種混合組成，堿性物質(zhì)為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫銨、碳酸鈉、碳酸鉀或碳酸氫鈉。
本發(fā)明采用高能球磨工藝對陶瓷增強體表面涂覆的方法，制備陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料具有以下顯著優(yōu)點陶瓷增強涂層由納米級的顆粒構(gòu)
成，與化學(xué)共沉積法相比，涂覆物顆粒的尺寸在1 3微米，以球磨工藝涂覆物顆粒尺寸在5 70納米之間，在陶瓷增強體表面分布均勻；涂層的獲得不受陶瓷增強體大小和形狀的限制；選用無機鹽作為涂層原材料，使鋁基復(fù)合材料成本降低60% 70%;涂層含量易于控制，且涂覆時間短，周期縮短80%以上；不需大型設(shè)備，工藝簡單，易于實現(xiàn)工業(yè)化。
由于本發(fā)明的球磨法可通過控制球磨時間、球料比、轉(zhuǎn)動速度以及金屬鹽與增強體的比例，能夠獲得實際需要的涂層結(jié)構(gòu)，達到鋁基復(fù)合材料性能穩(wěn)定的目的。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式的陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法按以下步驟進行 一、把金屬鹽和堿性物質(zhì)分別在瑪瑙研缽中研磨至粒徑為0.1 50,; 二、把金屬鹽的顆粒、堿性物質(zhì)的顆粒和陶瓷增強體在同一容器內(nèi)混合均勻制成混合顆粒，金屬鹽的顆粒和堿性物質(zhì)的顆粒之間的摩爾比為
1 2 : 1 4，金屬鹽的顆粒和堿性物質(zhì)的顆粒的總量與陶瓷增強體之間的質(zhì)量比為1 : 6 40;三、將混合顆粒在球磨機上進行球磨，球磨介質(zhì)是直徑2 15mm的瑪瑙球，球料比5 20 : 1，球磨罐的轉(zhuǎn)速50 400r/min，球磨時間5 60min，得表面具有涂覆層的陶瓷增強體；四、用去離子水對表面具有涂覆層的陶瓷增強體沖洗3 6次，使pH控制在7 8之間；五、將經(jīng)過沖洗的表面具有涂覆層的陶瓷增強體制成預(yù)制件，加熱至溫度為400 100(TC燒結(jié)，保溫30 120 min;六、預(yù)制件和金屬鋁經(jīng)過擠壓鑄造，冷卻，即得陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料；其中步驟一中的金屬鹽由錫鹽、鉍鹽、鋅鹽、銦鹽、鎳鹽和銅鹽中一種或兩種混合組成，堿性物質(zhì)為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫銨、碳酸鈉、碳酸鉀或碳酸氫鈉。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中的金屬鹽和堿性物質(zhì)的粒徑為0.2 40pm。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一相 同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中的金 屬鹽和堿性物質(zhì)的粒徑為0.2 30pm。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一相 同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一中的金 屬鹽和堿性物質(zhì)的粒徑為0.3 10pm。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一、二、三或四不同的是-
步驟二中金屬鹽為錫鹽、堿性物質(zhì)為氫氧化鈉，錫鹽和氫氧化鈉的摩爾比為1
:4。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一、二、三或四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一、二、三或四不同的是-步驟二中金屬鹽為鉍鹽、堿性物質(zhì)為氫氧化鈉，鉍鹽和氫氧化鈉的摩爾比為1
:3。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一、二、三或四相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一、二、三或四不同的是 步驟二中金屬鹽為鋅鹽、堿性物質(zhì)為氫氧化鉀，鋅鹽和氫氧化鉀的摩爾比為1
:2。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一、二、三或四相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一、二、三或四不同的是 步驟二中金屬鹽為銦鹽、堿性物質(zhì)為氫氧化鉀，銦鹽和氫氧化鉀的摩爾比為1
:3。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一、二、三或四相同。'
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
一、二、三或四不同的是-步驟二中金屬鹽為鎳鹽、堿性物質(zhì)為碳酸氫銨時，鎳鹽和碳酸氫銨的摩爾比為
1 : l。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一、二、三或四相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
一、二、三或四不同的是-步驟二中金屬鹽為銅鹽、堿性物質(zhì)為碳酸氫銨，銅鹽和碳酸氫銨的摩爾比為1
:1。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一、二、三或四相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
一、二、三或四不同的是 步驟二中金屬鹽為錫鹽和鋅鹽、堿性物質(zhì)為碳酸鈉，錫鹽和碳酸鈉的摩爾比為
1 : 3、鋅鹽和碳酸鈉的摩爾比為1 : 3。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一、
6二、三或四相同。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
一、二、三或四不同的是 步驟二中金屬鹽為銦鹽和鉍鹽、堿性物質(zhì)為碳酸鉀，銦鹽和碳酸鉀的摩爾比為
2 : 6、鉍鹽和碳酸鉀的摩爾比為2 : 6。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一、
二、三或四相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
一、二、三或四不同的是 步驟二中金屬鹽為鎳鹽和銅鹽、堿性物質(zhì)為碳酸氫鈉，鎳鹽和碳酸氫鈉的摩爾
比為1 : 2、銅鹽和碳酸氫鈉的摩爾比為1 : 2。其它步驟和參數(shù)與具體實施方 式一、二、三或四相同。
具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
一至十三不同的是步驟
二中金屬鹽的顆粒和堿性物質(zhì)的顆粒的總量與陶瓷增強體按質(zhì)量比為l : 36
混合。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一至十三相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
一至十四不同的是步驟
三中球料比8 15 : 1，球磨罐的轉(zhuǎn)速80 360r/min，球磨時間10 50min。其 它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一至十四相同。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
一至十四不同的是步驟
三中球料比5 : 1，球磨罐的轉(zhuǎn)速50r/min，球磨時間5min。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一至十四相同。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
一至十四不同的是步驟
三中球料比12:1，球磨罐的轉(zhuǎn)速400r/min，球磨時間60min。其它步驟和參 數(shù)與具體實施方式
一至十四相同。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
一至十四不同的是步驟 三中球料比8 : 1，球磨罐的轉(zhuǎn)速80r/min，球磨時間10min。其它步驟和參數(shù) 與具體實施方式
一至十四相同。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
一至十四的是步驟三中 球料比15: 1，球磨罐的轉(zhuǎn)速360r/min，球磨時間50min。其它步驟和參數(shù)與
具體實施方式
一至十四相同。
具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
一至十四不同的是步驟 三中球料比11 : 1，球磨罐的轉(zhuǎn)速200r/min，球磨時間30min。其它步驟和參
7數(shù)與具體實施方式
一至十四相同。
具體實施方式
二十一本實施方式與具體實施方式
一至二十不同的是步 驟四中用去離子水對表面具有涂覆層的陶瓷增強體沖洗4次，使pH控制在7 8。其它步驟和參數(shù)與具體實施方式
一至二十相同。
具體實施方式
二十二本實施方式與具體實施方式
一至二十一不同的是
步驟五中加熱至溫度為500 90(TC燒結(jié)，保溫40 100min。其它步驟和參數(shù) 與具體實施方式
一至二十一相同。
具體實施方式
二十三本實施方式與具體實施方式
一至二十一不同的是 步驟五中加熱至溫度為40(TC燒結(jié)，保溫30min。其它步驟和參數(shù)與具體實施
方式一至二十一相同。
具體實施方式
二十四本實施方式與具體實施方式
一至二十一不同的是
步驟五中加熱至溫度為IOO(TC燒結(jié)，保溫120min。其它步驟和參數(shù)與具體實 施方式一至二H^—相同。
具體實施方式
二十五本實施方式與具體實施方式
一至二十一不同的是
步驟五中加熱至溫度為50(TC燒結(jié)，保溫40min。其它步驟和參數(shù)與具體實施 方式一至二十一相同。
具體實施方式
二十六本實施方式與具體實施方式
一至二十一不同的是
步驟五中加熱至溫度為90(TC燒結(jié)，保溫100 min。其它步驟和參數(shù)與具體實 施方式一至二十一相同。
具體實施方式
二十七本實施方式與具體實施方式
一至二十一不同的是 步驟五中加熱至溫度為700'C燒結(jié)，保溫80min。其它步驟和參數(shù)與具體實施 方式一至二十一相同。
具體實施方式
二十八本實施方式的陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的 制備方法按以下步驟進行 一、把鉍鹽和氫氧化鈉分別在瑪瑙研缽中研磨至粒
徑為0.1 10)im; 二、把鉍鹽的顆粒、氫氧化鈉的顆粒和陶瓷增強體在同一容
器內(nèi)混合均勻制成混合顆粒，鉍鹽的顆粒和氫氧化鈉的顆粒之間的摩爾比為
1 2 : 1 4，鉍鹽的顆粒和氫氧化鈉的顆粒的總量與陶瓷增強體之間的質(zhì)量比 為1 : 6 40;三、將混合顆粒在球磨機上進行球磨，球磨介質(zhì)是直徑2 15mm 的瑪瑙球，球料比ll:l，球磨罐的轉(zhuǎn)速200r/min，球磨時間30min，得表面具有涂覆層的陶瓷增強體；四、用去離子水對表面具有涂覆層的陶瓷增強體沖洗 3次，使pH控制在7.2 7.8;五、將經(jīng)過沖洗的表面具有涂覆層的陶瓷增強 體制備成預(yù)制件，加熱至溫度為70(TC燒結(jié)，保溫80min;六、預(yù)制件和金屬 鋁經(jīng)過擠壓鑄造，冷卻，即得陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料。
本實施方式制備的陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的中溫阻尼性能為 0.15，抗拉強度為350MPa，屈服強度為150.5MPa， 300。C延伸率達到10%， 彈性模量75KMPa。
權(quán)利要求
1、陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法按以下步驟進行一、把金屬鹽和堿性物質(zhì)分別在瑪瑙研缽中研磨至粒徑為0.1～50μm；二、把金屬鹽的顆粒、堿性物質(zhì)的顆粒和陶瓷增強體在同一容器內(nèi)混合均勻制成混合顆粒，金屬鹽的顆粒和堿性物質(zhì)的顆粒之間的摩爾比為1～2∶1～4，金屬鹽的顆粒和堿性物質(zhì)的顆粒的總量與陶瓷增強體之間的質(zhì)量比為1∶6～40；三、將混合顆粒在球磨機上進行球磨，球磨介質(zhì)是直徑2～15mm的瑪瑙球，球料比5～20∶1，球磨罐的轉(zhuǎn)速50～400r/min，球磨時間5～60min，得表面具有涂覆層的陶瓷增強體；四、用去離子水對表面具有涂覆層的陶瓷增強體沖洗3～6次，使pH控制在7～8之間；五、將經(jīng)過沖洗的表面具有涂覆層的陶瓷增強體制成預(yù)制件，加熱至溫度為400～1000℃燒結(jié)，保溫30～120min；六、預(yù)制件和金屬鋁經(jīng)過擠壓鑄造，冷卻，即得陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料；其中步驟一中的金屬鹽由錫鹽、鉍鹽、鋅鹽、銦鹽、鎳鹽和銅鹽中一種或兩種混合組成，堿性物質(zhì)為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫銨、碳酸鈉、碳酸鉀或碳酸氫鈉。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟一中的金屬鹽和堿性物質(zhì)研磨后的粒徑為0.2 40pm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟一中的金屬鹽和堿性物質(zhì)研磨后的粒徑為0.3 10pm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟二中金屬鹽為鉍鹽、堿性物質(zhì)為氫氧化鈉，鉍鹽和氫氧化鈉的摩爾比為1:3。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟二中金屬鹽的顆粒和堿性物質(zhì)的顆粒的總量與陶瓷增強體按質(zhì)量比1 : 36混合。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或5所述的陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟三中球料比8 15 : 1，球磨罐的轉(zhuǎn)速80 360r/min，球磨時間10 50min。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟三中球料比11 : 1，球磨罐的轉(zhuǎn)速200r/min，球磨時間30min。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 5或7所述的陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟四中用去離子表面具有涂覆層的陶瓷增強體沖洗4次，使pH控制在7 8。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 5或7所述的陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟五中加熱至溫度為500 90(TC燒結(jié)，保溫40 100 min。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3、 5或7所述的陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟五中加熱至溫度為70(TC燒結(jié)，保溫80min。
全文摘要
陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料的制備方法，涉及一種鋁基復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有鋁基復(fù)合材料成本高，工藝復(fù)雜，性能不穩(wěn)定的問題。本發(fā)明的制備方法的步驟如下一、把金屬鹽和堿性物質(zhì)分別在研缽中研磨；二、把金屬鹽、堿性物質(zhì)和陶瓷增強體按照比例制成混合顆粒；三、再將混合顆粒在球磨機上進行球磨；四、利用去離子水對表面具有涂覆層的陶瓷增強體清洗；五、制備預(yù)制件，在400-1000℃燒結(jié)；六、預(yù)制件與金屬鋁經(jīng)過擠壓鑄造，即得陶瓷增強體表面涂覆鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明采用球磨工藝對陶瓷增強體表面涂覆，與其它工藝相比成本降低60％～70％，且周期縮短80％以上。
文檔編號C22C21/00GK101497955SQ20091007135
公開日2009年8月5日 申請日期2009年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月24日
發(fā)明者剛 劉, 津 胡 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)