[发明专利]高碳化硅含量铝基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化硅颗粒增强铝基复合材料，尤其涉及一种高碳化硅含量铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

随着近代科学技术的发展，尤其是宇航、火箭、原子能以及机械和化工等工业的发展，对工程材料性能的要求越来越高，如高比强度、高比刚度、耐高温、抗腐蚀、抗疲劳等，这对于单一的金属材料、陶瓷材料或高分子材料来说是较难实现的。

碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有高比强度和比刚度、耐磨性能优良、低热膨胀系数、低密度、良好的尺寸稳定性和导热性等优异的力学性能，可广泛应用于航天航空、军事、汽车、电子、体育运动等领域。从上世纪80年代初开始，各国竞相研究开发这类材料，从材料的制备工艺、微观性能、力学性能与断裂特性等角度进行了许多基础性研究，取得了显著成绩。目前，各国相继进入了碳化硅颗粒增强铝基复合材料的开发与应用阶段，在美国和欧洲发达国家，该类复合材料的工业应用已开始，如：作为结构材料，碳化硅铝复合材料已被大规模应用于直升机旋翼系统上、仪表支架、赛车框架等；作为仪表级材料，美国采用碳化硅铝基材料制成导弹惯性器件仪表壳体，用来替代铍合金和铝合金，并发展为第三代航天惯性器件；作为光学材料，制作轻量化光学反射镜。作为电子材料，代替钨铜合金在卫星上使用；作为耐磨材料，应用于汽车刹车片，因此碳化硅铝基复合材料被列为21世纪新材料应用开发的重要方向，具有很好的市场前景。

目前碳化硅颗粒增强铝基复合材料的主要采用压力铸造法、喷射共沉淀等方法进行生产，如申请号为201210245073.8(申请公布号为CN 103539386A)的中国发明专利《铸造碳化硅复合材料及其制备方法》该碳化硅复合材料主要含有碳化硅、玻璃短纤维、氧化铝粉、碳纤维、粘接剂等组分及添加剂，采用真空浇铸的生产工艺进行制备。又如申请号为201410200865.2(申请公布号CN 103966543A)的中国发明专利《铝硅/铝碳化硅复合材料及其制备方法、电子封装装置》该发明中铝硅/铝碳化硅复合材料包括激光焊接层和铝碳化硅层，激光焊接层位于铝碳化硅层的上表面，激光焊接层为经喷射沉积形成的铝硅材料。

由压力铸造法、喷射共沉淀等方法制备的碳化硅铝基复合材料存在成分偏析和碳化硅颗粒与铝合金溶液润湿性差等问题，从而影响复合材料的综合性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术而提供一种高碳化硅含量铝基复合材料，该复合材料具有良好的稳定性，较高的强度、模量及硬度，优良的耐磨性和耐腐蚀性，优良的高温性能，可广泛应用于汽车、航空航天、军工等高科技领域。

本发明所要解决的另一技术问题是提供一种上述复合材料的制备方法。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种高碳化硅含量铝基复合材料，其特征在于，该复合材料中各成分的质量百分数组成为：碳化硅40～60％，铝40～60％。

本发明解决另一个技术问题所采用的技术方案为：高碳化硅含量铝基复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)按照上述复合材料中各成分的质量百分数组成进行原材料准备及配料，其中碳化硅的粒度为10～15um，铝粉的粒度为6～10um；

(2)将上述原材料投入混料桶中，按球料比0.4～0.45:1放入的WC球，密封后开启混料机，混料7～8h后将成型剂酒精溶液加入到混合粉中继续混合2～2.5h，混合后于真空状态下60℃烘干,其中成型剂的加入量为原材料总量的3％；

(3)对烘干后的复合粉体进行压制制得坯料，压制压力为250～270MPa,压制速度为双向5.2～6mm/min，保压50～60s；

(4)将坯料放入真空脱脂炉中，当真空度为10^-2Pa时，12～16min升温至75～80℃，保温1～1.5h后经40～50min继续升温至190～200℃，继续保温2.5～3h，氮气保护下降温至55～60℃时出炉；

(5)将脱脂后的坯料放入微波炉中，抽真空且当真空度为10^-3Pa时，开始启动微波，微波起始功率为580～600W并逐步升至3000W，12～15min内升温至610～630℃，保温10～13min，氩气保护下降温至常温出炉；

(6)烧结后材料在保护气下加热至420～440℃，保温1～1.5h后，开始形变，形变速度为2～2.2mm/min，变形量为55～60％。