[发明专利]一种使用SiC-Si烧结块制备SiC增强熔炼铝合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于铝基复合材料技术领域，具体涉及一种使用SiC-Si烧结块制备SiC增强熔炼铝合金的方法。

背景技术

SiC由于其优异的高温强度和高温抗氧化性能，是复合材料的首选增强体。颗粒增强铝基复合材料可用来制造卫星及航天用结构材料、飞机零部件、金属镜光学系统、汽车零部件，此外还可以用来制造微波电路插件、惯性导航系统的精密零件、涡轮增压推进器、电子分装器件等。目前该复合材料的制备多采用粉末冶金的方法。但粉末冶金法制造工艺及装备复杂，生产成本高，工艺流程长。因此熔炼法制备颗粒增强铝基复合材料依然是目前研究的热点。

现有的熔炼法铝基复合材料制备中，是将颗粒增强物直接加入到熔融的铝合金中，通过一定的搅拌使颗粒均匀地分散在基体熔体中，复合成颗粒增强铝基复合材料。该方法工艺简单、生产效率高、制造成本低廉。它是目前工业化规模生产铝基复合材料最主要的方法。但是，液态金属搅拌铸造法中增强颗粒与金属熔液浸润性差，不宜进入金属或在金属中容易团聚和聚集，同时强烈的搅拌容易造成金属液的氧化和大量吸气。

发明内容

本发明的目的在于克服现有铝基复合材料制备中增强体团聚和分散不均匀而存在的瓶颈现象，提供一种使增强体弥散分布的实用且简单的可供工业化规模生产SiC增强铝基复合材料的新方法。使用SiC-Si混合粉末烧结坯直接投入到Al熔液中，通过Si包裹SiC的加入，使得SiC能够自己分散均匀，从而形成具有弥散分布增强体的SiC颗粒增强铝基复合材料。该复合工艺简单、时间短、增强体分布均匀，适用于工业规模。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的使用SiC-Si烧结块制备SiC增强熔炼铝合金的方法，先使SiC和Si混合均匀并烧结为坯料，然后投入熔融的Al液中，从而得到均匀弥散的SiC增强铝基复合材料。

具体方法如下：

（1）根据铝基复合材料中所要加入SiC的体积分数，称量SiC，将150目以上的SiC和Si粉按体积比1-5：1混合均匀并压制成坯料；

（2）将该坯料在1420-1550℃下烧结，烧结气氛为真空，真空度为≥10^-2Pa；烧结温度为1420-1550℃，烧结时间为0.5-1小时，保温30分钟，然后随炉冷却，拿出坯料；

（3）将该坯料投入熔融的Al液中，坯料与Al液的比例依据SiC的体积分数而不同，进行轻微搅拌，熔体在850℃保温5~10分钟后浇铸，从而形成铝基复合材料。

压制时，可添加5%以下的成型剂，所述的成型剂为酒精或甘油或酚醛树脂。

本发明通过先使SiC和Si烧结成坯料的方式，使被Si包裹的SiC添加到Al的熔体中，从而形成SiC增强铝基复合材料的方法，具有工艺简单，增强体弥散且分布均匀的特点，是一种可供工业化规模制备铝基复合材料的方法。

具体实施方式

实施例1

将体积分数为15%、粒度为200目的β-SiC粉和同样体积分数的、粒度为300目的Si粉在滚筒式混料机里进行混合，混料时间为3小时。然后将混合好的粉末取出，加入体积分数为3%的甘油混合均匀。在1MPa的压力下压制成型为圆柱状。

将上述压坯移至真空烧结炉中进行烧结，升温速度为20℃/min，在1480℃保温30分钟，然后随炉冷却。根据需要，真空炉中可一次放入很多块这样的坯料进行烧结。

然后将该烧结坯投入到850℃熔化的Al液中，略加搅拌，静置5分钟，然后浇铸。

所得复合材料中，SiC均匀弥散。测得该复合材料抗拉强度为200-400Mpa。

实施例2

将体积分数为30%、粒度为200目的β-SiC粉和体积分数为10%、粒度为300目的Si粉在滚筒式混料机里进行混合，混料时间为3小时。然后将混合好的粉末取出，加入体积分数为3%的甘油混合均匀。在1MPa的压力下压制成型为圆柱状。

将上述压坯移至真空烧结炉中进行烧结，升温速度为20℃/min，在1420℃保温60分钟，然后随炉冷却。根据需要，真空炉中可一次放入很多块这样的坯料进行烧结。

然后将该烧结坯投入到850℃熔化的Al液中，略加搅拌，静置10分钟，然后浇铸。

所得复合材料中，SiC均匀弥散。测得该复合材料抗拉强度为200-400Mpa。

实施例3