專利名稱：納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料及制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種碳化硅增強鋁基復合材料及制備方法。
背景技術：
傳統(tǒng)制備顆粒增強鋁基復合材料的方法不能使納米級增強顆粒均勻分布于鋁基體內，而且制備工藝繁雜，成本高，不易推廣應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決傳統(tǒng)制備顆粒增強鋁基復合材料的方法中納米級增強顆粒不能均勻分布于鋁基體內，制備工藝繁雜，成本高的問題，而提供的一種納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料及制備方法。納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料由納米碳化硅顆粒和鋁粉作為原料制成；其中納米碳化硅顆粒的體積占原料體積的0.5～20％，鋁粉的體積占原料體積的80～99.5％。其制備方法按以下步驟進行(一)將占原料體積0.5～20％的納米碳化硅顆粒和占原料體積80～99.5％的鋁粉混合投入密封球磨罐后抽真空再充入氬氣這一操作反復進行2～10次；(二)高能球磨陶瓷磨球與原料的質量比為4∶1，球磨機轉速為300±100r/min，每隔30±5min停機一次，待原料冷卻至室溫后繼續(xù)球磨，球磨共24±1h；(三)熱壓燒結將球磨過的原料裝入模具中冷壓，使原料的致密度達到70％，再放入空氣爐中以5～20℃/min的速度升溫到580±20℃，壓力為200±10MPa，并保溫、保壓10±2min，然后降壓、冷卻至常壓、室溫得到坯料；(四)熱擠壓將坯料和擠壓模具分別在420±20℃條件下保溫30±5min，然后擠壓，擠壓比為25∶1，即得到納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料。
本發(fā)明制備工藝簡單，成本低，納米碳化硅顆粒在鋁基體內分布均勻，制粉率高，而且，復合材料的力學性能有顯著提高，納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料與鋁進行比較抗拉強度提高了40～94％、硬度提高了45～103％。
具體實施例方式
具體實施方式
一本實施方式納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料由納米碳化硅顆粒和鋁粉作為原料制成；其中納米碳化硅顆粒的體積占原料體積的0.5～20％，鋁粉的體積占原料體積的80～99.5％。
具體實施例方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同點是納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料由占原料體積1～15％的納米碳化硅顆粒和占原料體積85～99％的鋁粉制成。
具體實施例方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同點是納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料由占原料體積3％的納米碳化硅顆粒和占原料體積97％的鋁粉制成。
具體實施例方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同點是納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料由占原料體積5％的納米碳化硅顆粒和占原料體積95％的鋁粉制成。
具體實施例方式
五本實施方式與具體實施方式
一的不同點是納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料由占原料體積10％的納米碳化硅顆粒和占原料體積90％的鋁粉制成。
具體實施例方式
六本實施方式與具體實施方式
一的不同點是納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料由占原料體積17％的納米碳化硅顆粒和占原料體積83％的鋁粉制成。
具體實施例方式
七本實施方式與具體實施方式
一、二、三、四、五或六的不同點是納米碳化硅顆粒的粒度為20±10nm，鋁粉的粒度為10±2μm。
具體實施例方式
八本實施方式與具體實施方式
七的不同點是納米碳化硅顆粒的粒度為20nm，鋁粉的粒度為10μm。
具體實施例方式
九本實施方式按以下步驟制備納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料(一)將占原料體積0.5～20％的納米碳化硅顆粒和占原料體積80～99.5％的鋁粉混合投入密封球磨罐后抽真空再充入氬氣這一操作反復進行2～10次；(二)高能球磨陶瓷磨球與原料的質量比為4∶1，球磨機轉速為300±100r/min，每隔30±5min停機一次，待原料冷卻至室溫后繼續(xù)球磨，球磨共24±1h；(三)熱壓燒結將球磨過的原料裝入模具中冷壓，使原料的致密度達到70％，再放入空氣爐中以5～20℃/min的速度升溫到580±20℃，壓力為200±10MPa，并保溫、保壓10±2min，然后降壓、冷卻至常壓、室溫得到坯料；(四)熱擠壓將坯料和擠壓模具分別在420±20℃條件下保溫30±5min，然后擠壓，擠壓比為25∶1，即得到納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料。
具體實施例方式
十本實施方式與具體實施方式
九的不同點是步驟(一)將占原料體積1～15％的納米碳化硅顆粒和占原料體積85～99％的鋁粉混合投入密封球磨罐中。
具體實施例方式
十一本實施方式與具體實施方式
九的不同點是步驟(一)將占原料體積3％的納米碳化硅顆粒和占原料體積97％的鋁粉混合投入密封球磨罐中。
具體實施例方式
十二本實施方式與具體實施方式
九的不同點是步驟(一)將占原料體積5％的納米碳化硅顆粒和占原料體積95％的鋁粉混合投入密封球磨罐中。
具體實施例方式
十三本實施方式與具體實施方式
九的不同點是步驟(一)將占原料體積10％的納米碳化硅顆粒和占原料體積90％的鋁粉混合投入密封球磨罐中。
具體實施例方式
十四本實施方式與具體實施方式
九的不同點是步驟(一)將占原料體積17％的納米碳化硅顆粒和占原料體積83％的鋁粉混合投入密封球磨罐中。
具體實施例方式
十五本實施方式與具體實施方式
九的不同點是步驟(一)中抽真空后密封球磨罐內的壓力低于10-2pa，充入氬氣后密封球磨罐內的壓力為1×105～1.5×105Pa。
具體實施例方式
十六本實施方式與具體實施方式
九的不同點是步驟(一)納米碳化硅顆粒和鋁粉混合投入密封球磨罐后抽真空再充入氬氣這一操作反復進行3～7次。
具體實施例方式
十七本實施方式與具體實施方式
九的不同點是步驟(一)納米碳化硅顆粒和鋁粉混合投入密封球磨罐后抽真空再充入氬氣這一操作反復進行3次。
具體實施例方式
十八本實施方式與具體實施方式
九的不同點是納米碳化硅顆粒的粒度為20±10nm，鋁粉的粒度為10±2μm。
具體實施例方式
十九本實施方式與具體實施方式
九的不同點是納米碳化硅顆粒的粒度為20nm，鋁粉的粒度為10μm。
具體實施例方式
二十本實施方式與具體實施方式
九的不同點是步驟(二)中球磨機轉速為300r/min，每隔30min停機一次，待原料冷卻至室溫后繼續(xù)球磨，球磨共24h。
具體實施例方式
二十一本實施方式與具體實施方式
九的不同點是步驟(三)中空氣爐以10～15℃/min的速度升溫到580℃，壓力為200MPa，并保溫、保壓10min。
具體實施例方式
二十二本實施方式與具體實施方式
九的不同點是步驟(三)中空氣爐以20℃/min的速度升溫到580℃，壓力為200MPa，并保溫、保壓10min。
具體實施例方式
二十三本實施方式與具體實施方式
九的不同點是步驟(四)中坯料和擠壓模具分別在420℃條件下保溫30min。
具體實施例方式
二十四本實施方式對納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料與鋁進行力學性能測試。6組納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料中納米碳化硅顆粒分別占原料體積的1％、3％、5％、10％、15％、20％，其余體積為鋁粉。
表1是室溫下各組材料力學性能的測試結果，從表1中的數據可發(fā)現納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的力學性能比鋁有顯著的提高。
表1


權利要求
1.納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料，其特征是它由納米碳化硅顆粒和鋁粉作為原料制成；其中納米碳化硅顆粒的體積占原料體積的0.5～20％，鋁粉的體積占原料體積的80～99.5％。
2.根據權利要求1所述的納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料，其特征在于納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料由占原料體積1～15％的納米碳化硅顆粒和占原料體積85～99％的鋁粉制成。
3.根據權利要求1所述的納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料，其特征在于納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料由占原料體積3％的納米碳化硅顆粒和占原料體積97％的鋁粉制成。
4.根據權利要求1、2或3所述的納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料，其特征在于納米碳化硅顆粒的粒度為20±10nm，鋁粉的粒度為10±2μm。
5.納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征是它按下述步驟進行(一)將占原料體積0.5～20％的納米碳化硅顆粒和占原料體積80～99.5％的鋁粉混合投入密封球磨罐后抽真空再充入氬氣這一操作反復進行2～10次；(二)高能球磨陶瓷磨球與原料的質量比為4∶1，球磨機轉速為300±100r/min，每隔30±5min停機一次，待原料冷卻至室溫后繼續(xù)球磨，球磨共24±1h；(三)熱壓燒結將球磨過的原料裝入模具中冷壓，使原料的致密度達到70％，再放入空氣爐中以5～20℃/min的速度升溫到580±20℃，壓力為200±10MPa，并保溫、保壓10±2min，然后降壓、冷卻至常壓、室溫得到坯料；(四)熱擠壓將坯料和擠壓模具分別在420±20℃條件下保溫30±5min，然后擠壓，擠壓比為25∶1，即得到納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料。
6.根據權利要求5所述的納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于步驟(一)將占原料體積1～15％的納米碳化硅顆粒和占原料體積85～99％的鋁粉混合投入密封球磨罐中。
7.根據權利要求5所述的納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于步驟(一)將占原料體積3％的納米碳化硅顆粒和占原料體積97％的鋁粉混合投入密封球磨罐中。
8.根據權利要求5所述的納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于步驟(一)中抽真空后密封球磨罐內的壓力低于10-2Pa，充入氬氣后密封球磨罐內的壓力為1×105～1.5×105Pa。
9.根據權利要求5所述的納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，其特征在于納米碳化硅顆粒粒度為20±10nm，鋁粉粒度為10±2μm。
全文摘要
納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料及制備方法，它涉及一種碳化硅增強鋁基復合材料及制備方法。它解決了傳統(tǒng)制備顆粒增強鋁基復合材料的方法中納米級增強顆粒不能均勻分布于鋁基體內，制備工藝繁雜，成本高的問題。納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料由納米碳化硅顆粒和鋁粉作為原料制成；其中納米碳化硅顆粒的體積占原料體積的0.5～20％，鋁粉的體積占原料體積的80～99.5％。其制備方法1.將原料混合投入密封球磨罐后抽真空再充入氬氣反復進行2～10次；2.高能球磨；3.熱壓燒結；4.熱擠壓，即得到納米碳化硅顆粒增強鋁基復合材料。本發(fā)明制備工藝簡單，成本低，納米碳化硅顆粒在鋁基體內分布均勻，制粉率高，而且，復合材料的力學性能有顯著提高。
文檔編號C22C1/05GK1793407SQ20051012730
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月6日 優(yōu)先權日2005年12月6日
發(fā)明者耿林, 曹國劍, 曲壽江, 鄭鎮(zhèn)洙 申請人:哈爾濱工業(yè)大學