一種采用SPS制備SiC 顆粒增強鋁基復合材料的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種采用SPS制備高體積分數(shù)SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法，按體積份數(shù)比稱取25～55％的SiC顆粒和45～75％鋁粉，將SiC顆粒和鋁粉放入球磨罐中，球料比為1:1～3:1，球磨轉(zhuǎn)速選擇200～350r/min，連續(xù)球磨1～2h，制成混合粉體；將混合粉體與粘結(jié)劑混合攪拌，然后過60～100目篩進行造粒；造粒放入鋼模具中，以30～80MPa的壓力將粉體冷壓成形，制得素坯；素坯在60～100℃的條件下烘干2～4h，放入石墨模具置于放電等離子燒結(jié)爐中，抽真空后在真空狀態(tài)下，或充入氬氣至壓力為0.5×103～0.9×105Pa，然后以30～60℃/min的升溫速率升溫至500～650℃、同時施加30～50MPa的壓力，并保溫2～10min，隨后降溫冷卻至室溫即得SiC顆粒增強鋁基復合材料。
【專利說明】
一種采用SPS制備SiC顆粒増強鋁基復合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種采用SPS制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法，屬于制備鋁基復合材料的方法技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]SiC顆粒增強鋁基復合材料因為兼具金屬和非金屬的特性，高體積分數(shù)的碳化硅顆粒增強鋁基復合材料具有較高的比強度和高的比模量、密度小、良好的熱傳導性和尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)異的力學性能和物理性能，在航空航天、電子封裝、光學系統(tǒng)及武器裝備等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。制備SiC顆粒增強鋁基復合材料有很多種方法，如攪拌鑄造法、擠壓鑄造法、熔體浸滲法、粉末冶金法和噴射沉積法等。其中攪拌鑄造法因為SiC顆粒和鋁合金液體的界面潤濕性的要求，需要對SiC顆粒進行特殊處理，工序復雜，成本較高，且在進行攪拌的過程中卷入的氣體會形成孔隙，影響材料強度，且只能制備體積分數(shù)較低的復合材料。擠壓鑄造法由于制備時要較大的壓力使鋁液浸滲到SiC預制塊中，容易造成預制塊的開裂，導致復合材料不均勻，出現(xiàn)較多的鋁插入層。熔滲法的也存在容易使預制塊變形，制得的復合材料顯微組織不均勻，在基體合金中存在偏析現(xiàn)象，且因為溫度較高，不能很好地控制SiC顆粒和鋁液之間的界面反應。通常的粉末冶金法所需要的工藝流程長、效率低、致密度差、成本較高;噴射成形法制備的復合材料雖然性能較好，但該方法也存在成本較高，設備復雜的問題。
[0003]申請公布號為CN105154705A、申請公布日為2015年12月16日的發(fā)明專利申請，公開了一種SPS碳化硅顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法，和之前的技術(shù)相比雖然有很大的進步，但制備體積分數(shù)較低的鋁基復合材料，且其斷裂韌性、彎曲強度、彈性模量等還有待提尚O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，進而提供一種采用SPS制備性能優(yōu)異的高體積分數(shù)SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]—種采用SPS制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法，步驟如下:
[0007]步驟一、按體積份數(shù)比稱取25?55%的SiC顆粒和45?75%鋁粉(或鋁合金粉)，所述SiC顆粒的粒徑為0.5?20um，鋁粉(或鋁合金粉)的粒徑為5?70um;
[0008]步驟二、將SiC顆粒和鋁粉(或鋁合金粉)放入球磨罐中，球料比為1:1?3:1，球磨轉(zhuǎn)速選擇200?350r/min，連續(xù)球磨I?2h，制成混合粉體；
[0009]步驟三、將混合粉體與粘結(jié)劑混合攪拌，然后過60?100目篩進行造粒；
[0010]步驟四、將步驟三制作的顆粒放入鋼模具中，以30?80MPa的壓力將粉體冷壓成形，制得素坯；
[0011]步驟五、素坯在60?100°C的條件下烘干2?4h，放入石墨模具置于放電等離子燒結(jié)爐中，抽真空后在真空狀態(tài)下，或抽真空后充入氬氣至壓力為0.5 X 13?0.9 XlO5Pa,然后以30?60°C/min的升溫速率升溫至500?650°C、同時施加30?50MPa的壓力，并保溫2?lOmin，隨后降溫冷卻至室溫即得SiC顆粒增強鋁基復合材料。
[0012]本發(fā)明所得SiC顆粒增強鋁基復合材料性能優(yōu)異，其強度和韌性等力學性能指標均高于現(xiàn)有其他方法制備的SiC顆粒增強鋁基復合材料。在提高了材料的斷裂韌性的同時材料硬度不顯著降低，經(jīng)測試，斷裂韌性高達11.18?15.28MPaml/2、布氏硬度達184HB?230.10HB；致密度達96.3 %?99.5 %，彎曲強度為766.65MPa?929.07MPa，彈性模量最大為125.1OGPa?191.90GPa。本發(fā)明制備工藝簡單、能耗小制造成本低，SiC顆粒增強鋁基復合材料用途廣泛。
【附圖說明】
[0013]圖1為復合材料的XRD譜圖。
[0014]圖2為復合材料的界面結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖3為復合材料的彎曲應力應變曲線圖。
[0016]由圖1的XRD圖可以看出，所得SiC顆粒增強鋁基復合材料中主要成分是碳化硅和鋁，沒有其他界面產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物。圖2可以看出復合材料中顆粒與基體的界面干凈，無其他產(chǎn)物生成。圖3是兩種不同體積分數(shù)的SiC顆粒增強鋁基復合材料彎曲應力應變曲線。
【具體實施方式】
[0017]下面將對本發(fā)明做進一步的詳細說明:本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述實施例。
[0018]本實施例所涉及的一種采用SPS制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法，包括以下步驟:
[0019]步驟一、按體積份數(shù)比稱取25?55%的SiC顆粒和45?75%鋁粉(或鋁合金粉)，所述SiC顆粒的粒徑為0.5?20um，鋁粉(或鋁合金粉)的粒徑為5?70um。
[0020]步驟二、將SiC顆粒和鋁粉(或鋁合金粉)放入球磨罐中，球料比為1:1?3:1，球磨轉(zhuǎn)速選擇200?350r/min，連續(xù)球磨I?2h，制成混合粉體。
[0021 ]步驟三、將混合粉體與粘結(jié)劑混合攪拌，然后過60?100目篩進行造粒。
[0022]步驟四、將步驟三制作的顆粒放入鋼模具中，以30?80MPa的壓力將粉體冷壓成形，制得素坯。
[0023]步驟五、素坯在60?100°C的條件下烘干2?4h，放入石墨模具置于放電等離子燒結(jié)爐中，抽真空后在真空狀態(tài)下，或抽真空后充入氬氣至壓力為0.5 X 13?0.9 X 15Pa,然后以30?60°C/min的升溫速率升溫至500?650°C、同時施加30?50MPa的壓力，并保溫2?lOmin，隨后降溫冷卻至室溫即得SiC顆粒增強鋁基復合材料。
[0024]所述步驟三中的粘結(jié)劑為汽油和氯丁橡膠的混合物，所述汽油和氯丁橡膠的體積比為9:1。
[0025]所述步驟三中的粘結(jié)劑為乙酸乙酯和纖維素的混合物，所述乙酸乙酯和纖維素的體積比為10:1。
[0026]所述步驟二中的磨球為直徑15?20mm的不銹鋼球。
[0027]所述步驟五中素坯在80°C的條件下烘干4h。
[0028]所述步驟五中抽真空后充入氬氣至壓力為0.5X105Pa。
[0029]所述步驟一中按體積份數(shù)比稱取55%的SiC顆粒和45%鋁粉。
[0030]所述步驟一中按體積份數(shù)比稱取25%的SiC顆粒和75 %鋁粉。
[0031]所述步驟一中按體積份數(shù)比稱取40%的SiC顆粒和60%鋁粉。
[0032]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，這些【具體實施方式】都是基于本發(fā)明整體構(gòu)思下的不同實現(xiàn)方式，而且本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1.一種采用SPS制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法，其特征在于， 步驟一、按體積份數(shù)比稱取25?55%的SiC顆粒和45?75%鋁粉，所述SiC顆粒的粒徑為0.5?20um，鋁粉的粒徑為5?70um; 步驟二、將SiC顆粒和招粉放入球磨罐中，球料比為1:1?3:1，球磨轉(zhuǎn)速選擇200?350r/min，連續(xù)球磨I?2h，制成混合粉體； 步驟三、將混合粉體與粘結(jié)劑混合攪拌，然后過60?100目篩進行造粒； 步驟四、將步驟三制作的顆粒放入鋼模具中，以30?80MPa的壓力將粉體冷壓成形，制得素坯； 步驟五、素坯在60?100°C的條件下烘干2?4h，放入石墨模具置于放電等離子燒結(jié)爐中，抽真空后在真空狀態(tài)下，或抽真空后充入氬氣至壓力為0.5 X 13?0.9 X 15Pa,然后以30?60°C/min的升溫速率升溫至500?650°C、同時施加30?50MPa的壓力，并保溫2?lOmin，隨后降溫冷卻至室溫即得SiC顆粒增強鋁基復合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用SPS制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法，其特征在于，所述步驟一中按體積份數(shù)比稱取55%的SiC顆粒和45%鋁粉。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用SPS制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法，其特征在于，所述步驟一中按體積份數(shù)比稱取25%的SiC顆粒和75%鋁粉。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用SPS制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法，其特征在于，所述步驟一中按體積份數(shù)比稱取40 %的SiC顆粒和60 %鋁粉。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用SPS制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法，其特征在于，所述步驟二中的磨球為直徑15?20mm的不銹鋼球。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用SPS制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法，其特征在于，所述步驟三中的粘結(jié)劑為汽油和氯丁橡膠的混合物，所述汽油和氯丁橡膠的體積比為9: I。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用SPS制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法，其特征在于，所述步驟三中的粘結(jié)劑為乙酸乙酯和纖維素的混合物，所述乙酸乙酯和纖維素的體積比為10:lo8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用SPS制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法，其特征在于，所述步驟五中素坯在80 0C的條件下烘干4h。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用SPS制備SiC顆粒增強鋁基復合材料的方法，其特征在于，所述步驟五中抽真空后充入氬氣至壓力為0.5 X 105Pa。
【文檔編號】C22C1/05GK106064242SQ201610589486
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年7月25日
【發(fā)明人】康鵬超, 武高輝
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學