本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及原位熱壓生成碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料以其優(yōu)良的綜合性能和特點(diǎn)，不僅滿足了航空航天、能源、高精度機(jī)床、尖端武器及汽車等高端領(lǐng)域?qū)Σ牧细咝阅艿囊?，而且材料的各向同性還使得材料可以使用傳統(tǒng)的金屬加工工藝進(jìn)行加工。所有的這些優(yōu)點(diǎn)使顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在民用設(shè)施中以及高精尖領(lǐng)域應(yīng)用前景非常廣闊。

從20世紀(jì)80年代初開始，國外投入了大量財(cái)力致力于SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的研究，并已在航空航天、體育、電子等領(lǐng)域取得應(yīng)用。如作為結(jié)構(gòu)材料，美國海軍飛行動(dòng)力實(shí)驗(yàn)室研制成SiCp/Al復(fù)合材料薄板，應(yīng)用于新型艦載戰(zhàn)斗機(jī)上。俄羅斯航空、航天部門將SiCp/Al復(fù)合材料應(yīng)用于衛(wèi)星的慣導(dǎo)平臺(tái)和支撐構(gòu)件上。

由于鋁基復(fù)合材料具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高比模量等優(yōu)點(diǎn)，抗疲勞性能和耐磨性能優(yōu)異，還有較低的熱膨脹系數(shù)和較高的熱穩(wěn)定性，在諸多領(lǐng)域中，鋁基復(fù)合材料可以替代鋼鐵以及貴重的特殊合金和非金屬材料，因此成為了復(fù)合材料領(lǐng)域當(dāng)前最熱門的研究熱點(diǎn)之一。目前工業(yè)上廣泛采用外加法制備SiC增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，而外加法具有界面易被污染、界面能較高、基體和增強(qiáng)相粒子結(jié)合不好等缺點(diǎn)，限制了其力學(xué)性能的提升，使得其應(yīng)用受到了許多局限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供原位熱壓生成碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，將鋁粉、硅粉、碳粉按一定摩爾比混合后，然后使用機(jī)械合金化和熱壓工藝，協(xié)調(diào)各成分之間的作用，成功制備出了具有較高力學(xué)性能的碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)了對(duì)產(chǎn)品力學(xué)性能的控制。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

原位熱壓生成碳化硅顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：將石墨粉，Si粉和Al粉按照摩爾比為1:1.2:2～1:1.5:8進(jìn)行配料，得到合金粉體；

步驟二：將步驟一中得到的合金粉體均勻混合，混合料放入鋼罐并加入氧化鋁球磨石，球料質(zhì)量比為2:1，置入行星式球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械合金化，球磨速率設(shè)置為350r/min，球磨時(shí)間設(shè)為2h；得到球磨粉料；

步驟三；把步驟二中球磨后的球磨粉料送入真空熱壓爐中的預(yù)設(shè)產(chǎn)品模具中，采用高溫保溫?zé)Y(jié)前預(yù)先加壓工藝方式，在熱壓爐溫度升高到500℃時(shí)，進(jìn)行保溫加壓，保溫時(shí)間結(jié)束后，溫度繼續(xù)上升，升溫速率為每分鐘4℃，直到1000℃時(shí)，進(jìn)行保溫1h操作；高溫保溫?zé)Y(jié)時(shí)間結(jié)束后，原料隨爐冷卻，得到毛坯件；

步驟四：將步驟三中燒結(jié)完成的毛坯件放入整形模中進(jìn)行整形處理，然后進(jìn)行機(jī)械加工至符合產(chǎn)品的尺寸要求。

所述的步驟一中的石墨粉為(99.85％,≤30μm)，Si粉為(99％,～75μm)和Al粉為(99％,～75μm)。

所述的步驟二中的保溫加壓為保溫時(shí)間為40min，從最低壓力0.6MPa開始，每隔5min增加0.2MPa壓力，直到壓力增加到2.0MPa并保持此壓力5min后，將壓力調(diào)低至0.6MPa。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明利用原位熱壓法，首先按一定摩爾比混合合金粉體，然后利用機(jī)械合金化和熱壓工藝制成了一種高強(qiáng)度的碳化硅增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；由于該材料成分可調(diào)性大，合成工藝簡單、合成過程易于控制、力學(xué)性能良好、結(jié)構(gòu)均勻致密，成本較低，拓寬了該復(fù)合材料在高強(qiáng)合金領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

附圖說明

圖1為原位熱壓法制備SiC/Al復(fù)合材料的試樣圖。

圖2為SiC/Al復(fù)合材料的微觀形貌圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

實(shí)施例1

步驟一：將石墨粉(99.85％,≤30μm)，Si粉(99％,～75μm)和Al粉(99％,～75μm)按照1:1.2:2的摩爾比進(jìn)行配料；

步驟二：將步驟一中的合金粉體均勻混合，混合料放入鋼罐并加入氧化鋁球磨石，球料質(zhì)量比為2:1，置入行星式球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械合金化，球磨速率設(shè)置為350r/min,球磨時(shí)間設(shè)為2h；得到球磨粉料；

步驟三；把步驟二中球磨后的球磨粉料送入真空熱壓爐中的預(yù)設(shè)產(chǎn)品模具中，采用高溫保溫?zé)Y(jié)前預(yù)先加壓工藝方式，在熱壓爐溫度升高到500℃時(shí)，進(jìn)行保溫加壓，保溫時(shí)間為40min，從最低壓力0.6MPa開始，每隔5min增加0.2MPa壓力，直到壓力增加到2.0MPa并保持此壓力5min后，將壓力調(diào)低至0.6MPa；此時(shí)保溫時(shí)間結(jié)束，溫度繼續(xù)上升，直到1000℃時(shí)，進(jìn)行保溫1h操作；高溫保溫?zé)Y(jié)時(shí)間結(jié)束后，原料隨爐冷卻，得到毛坯件；

步驟四：將步驟三中燒結(jié)完成的毛坯件放入整形模中進(jìn)行整形處理，然后進(jìn)行機(jī)械加工至符合產(chǎn)品的尺寸要求。

實(shí)施例2

步驟一：將石墨粉(99.85％,≤30μm)，Si粉(99％,～75μm)和Al粉(99％,～75μm)按照1:1.5:5的摩爾比進(jìn)行配料；

步驟二：將步驟一中的合金粉體均勻混合，混合料放入鋼罐并加入氧化鋁球磨石，球料質(zhì)量比為2:1，置入行星式球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械合金化，球磨速率設(shè)置為350r/min,球磨時(shí)間設(shè)為2h；得到球磨粉料；

步驟三；把步驟二中球磨后的球磨粉料送入真空熱壓爐中的預(yù)設(shè)產(chǎn)品模具中，采用高溫保溫?zé)Y(jié)前預(yù)先加壓工藝方式，在熱壓爐溫度升高到500℃時(shí)，進(jìn)行保溫加壓，保溫時(shí)間為40min，從最低壓力0.6MPa開始，每隔5min增加0.2MPa壓力，直到壓力增加到2.0MPa并保持此壓力5min后，將壓力調(diào)低至0.6MPa；此時(shí)保溫時(shí)間結(jié)束，溫度繼續(xù)上升，直到1000℃時(shí)，進(jìn)行保溫1h操作；高溫保溫?zé)Y(jié)時(shí)間結(jié)束后，原料隨爐冷卻，得到毛坯件；

步驟四：將步驟三中燒結(jié)完成的毛坯件放入整形模中進(jìn)行整形處理，然后進(jìn)行機(jī)械加工至符合產(chǎn)品的尺寸要求。

實(shí)施例3

步驟一：將石墨粉(99.85％,≤30μm)，Si粉(99％,～75μm)和Al粉(99％,～75μm)按照1:1.5:8的摩爾比進(jìn)行配料；

步驟二：將步驟一中的合金粉體均勻混合，混合料放入鋼罐并加入氧化鋁球磨石，球料質(zhì)量比為2:1，置入行星式球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械合金化，球磨速率設(shè)置為350r/min,球磨時(shí)間設(shè)為2h；得到球磨粉料；

步驟三；把步驟二中球磨后的球磨粉料送入真空熱壓爐中的預(yù)設(shè)產(chǎn)品模具中，采用高溫保溫?zé)Y(jié)前預(yù)先加壓工藝方式，在熱壓爐溫度升高到500℃時(shí)，進(jìn)行保溫加壓，保溫時(shí)間為40min，從最低壓力0.6MPa開始，每隔5min增加0.2MPa壓力，直到壓力增加到2.0MPa并保持此壓力5min后，將壓力調(diào)低至0.6MPa。此時(shí)保溫時(shí)間結(jié)束，溫度繼續(xù)上升，直到1000℃時(shí)，進(jìn)行保溫1h操作；高溫保溫?zé)Y(jié)時(shí)間結(jié)束后，原料隨爐冷卻，得到毛坯件；

步驟四：將步驟三中燒結(jié)完成的毛坯件放入整形模中進(jìn)行整形處理，然后進(jìn)行機(jī)械加工至符合產(chǎn)品的尺寸要求。

由圖1可以看出，采用原位熱壓法制備的復(fù)合材料塊體樣品形狀規(guī)整，表面光滑，無明顯宏觀缺陷，由此表明，采用該工藝可以制備出良好的SiC/Al塊體復(fù)合材料。從圖2可以看出，生成的SiC顆粒細(xì)小且均勻地分布于金屬Al基體中。

原位合成制備的SiC與基體結(jié)合緊密，無界面污染，且分布彌散，不易發(fā)生偏析，能夠有效解決外加法的缺陷，因此原位合成SiC增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料具有重要的應(yīng)用前景，受到了人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。