[发明专利]铝粉表面原位生长制备硼酸铝晶须/铝复合粉末的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝粉表面原位生长制备硼酸铝晶须/铝复合粉末的方法，属于陶瓷晶须/金属复合粉末材料技术。

背景技术

铝金属作为一种常用的结构材料，具有延展性高、密度低、比强度高、铸造性能好以及可回收循环利用等许多优点，成为现今应用最为广泛的材料之一。而复合材料技术的进步，又促进了铝基材料性能的发展，使其在航空航天、交通运输、建筑等行业的应用又有了新的拓展。我国进入各种国际贸易组织和国际标准认定组织，使我们对新型铝材产品的性能提升提出了更为急迫的需求。因此，加强应用于航空航天、汽车、建材等行业的高性能铝材的研发力度，对推动国民经济的发展具有极其重要的意义。

铝基复合材料是以铝或铝合金为基体，以其他金属或非金属颗粒、陶瓷晶须或纤维等为增强相的混合物，具有比强度高、抗疲劳强度高，耐磨性能好等优点，保持铝基体的低密度特性，复合工艺相对灵活多样。近年来，铝基复合材料的研究发展迅速，并且已有部分研究成果成功的进入了商业化生产阶段。由于铝基复合材料的性能主要取决于增强相的形貌、尺寸和性能以及两相界面结合和分布，因此，寻求优良性能的增强相、探索增强相均匀分布的复合技术以及改善增强相与基体之间的结合并开发其应用是铝基复合材料研制中的重要课题。自20世纪80年代以来，随着材料制备和检测技术的发展，各种新型的增强体被不断研制出来，丰富了复合材料增强相的选材范围，同时也极大的推进了铝基复合材料制备与应用的发展。而复合材料的制备技术还主要为液相法与固相法。液相法是利用液态金属浸渍增强体制备材料，对增强体要求较多，且由于反应温度较高应用范围较小。而固相法应用较多但不利于获得较好的基体/增强体界面。原位法制备金属基复合材料方法是近几年发展的制备方法，可以在金属内部依靠原位反应得到第二相增强体，在不破坏基体的前提下得到与基体结合良好的增强相，可以提升复合材料的性能和结合力。晶须材料是以单晶形式生长成的细小纤维，在很小的尺度内原子排列十分有序近似于纯单晶，因而强度接近于完整晶体的理论值，具有高强度、弹性模量、高硬度以及优良的耐高温、耐腐蚀性能。在铝基内部直接生长陶瓷晶须，可以利用其高强度和硬度改善铝基材料的耐磨性能和高温强度，从而扩大铝基材料的应用范围，改善铝基体偏软的缺点。

利用预处理的方法，可以在铝粉里加热生成硼酸铝晶须，该晶须结晶度好，抗拉强度可达到8Gpa，与铝基体有相近的密度约为2.93g/cm³，在保持铝基体低密度的同时，可以显著增加其抗磨性能，超过1400℃的熔点也可以改善铝基体的高温软化问题。但硼酸铝晶须的制备温度常常高达1000℃以上，不能适用于铝基复合材料的原位生长从而获得界面结合良好复合性能优良的材料。而经过预处理后的粉末，可以在铝基体内部制得硼酸铝晶须，且结晶良好，生长温度适合于铝基体结合，有望进一步制得性能优良的复合材料，而该方法目前尚未见文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝粉表面原位生长制备硼酸铝晶须/铝复合粉末的方法，该方法工艺过程简单，铝粉表面生长的硼酸铝晶须与铝体结合牢固，分布均匀。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种铝粉表面原位生长制备硼酸铝晶须/铝复合粉末的方法，其特征在于包括以下过程：

1)按铝粉与硼酸粉的质量比10～15∶1将它们加入到不锈钢球磨罐中，使用质量为铝粉和硼酸粉质量之和的10～20倍的氧化锆磨球，以600-800转/分钟的转速对铝粉和硼酸粉进行球磨8-12小时，制得球磨预制混合粉末；

2)将步骤1)制得的球磨预制混合粉末铺摊在氧化铝方舟中，氧化铝方舟置于石英加热炉中的恒温区，在氩气气氛保护下，石英加热炉以5-10℃/min的升温速率升至温度650-800℃，并恒温保持0.5-2小时对球磨预制混合粉末进行煅烧，然后在氩气的保护下使石英加热炉炉温降至室温，得到硼酸铝晶须/铝复合粉末产物。

本发明具有以下优点：工艺简单、省时，成本低，易于实现批量生产。并且由于本发明所制备的原位生长硼酸铝晶须/铝复合粉末中的硼酸铝晶须是在铝粉上原位生长的所得到的，其在铝粉基体上分散性好，又由于硼酸铝晶须以铝粉为基体进行生长，尺寸均匀，两相的连续性与结合性良好，所以特别适合进一步制备原位生长的硼酸铝晶须增强铝基复合材料。

附图说明

图1为铝粉与硼酸粉的球磨预制混合粉末分别在温度650℃、700℃、750℃、800℃煅烧后制得的原位生长的硼酸铝晶须/铝复合粉末的XRD图谱。

图2为以本发明实施例5所得到的硼酸铝晶须/铝复合粉末材料中，在铝粉基体上生长的硼酸铝晶须的扫描电镜照片。

具体实施方式