[发明专利]一种微纳米颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及颗粒增强铝基复合材料及其制备技术领域，特别涉及到一种微纳米 颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料由于其具有优异的力学性能和物理性能，在空间技术、航 空航天、电子封装、汽车工业等高技术领域有很大的应用潜力。现阶段中应用的颗粒增 强金属基复合材料，所用的增强相大小基本为微米级，刚性好的脆性相加入到塑性基体 后，引起基体内部力学环境的变化，界面处于复杂的三轴应力状态，限制了基体的塑性 流变能力，因此，裂纹容易在界面处形成并扩展。如果增强相的尺寸为纳米级，与微米 级颗粒相比，由于尺寸上的差别,可以减少两相界面的微区应力集中，基体的加工硬化相 对较弱，复合材料可以获得比微米级颗粒增强更好的塑韧性。但是，纳米增强相极易出 现团聚现象，在基体中不易分散均匀，使得增强效果不明显，性能远远达不到预期。混 杂跨尺度(如从纳米级到微米级)的增强相同时加入到基体中，发挥不同增强相的各自 优势，获得综合性能良好的复合材料，是一种新的复合材料设计与制备理念，有望在解 决现阶段金属基复合材料中的性能瓶颈上取得突破。

碳纳米管,由于其优异的力学性能和物理性能，成为一种非常重要的复合材料增强 相，但由于碳纳米管的纳米尺度效应，在作为增强相时容易团聚，在基体中分散不均， 起不到增强相的作用；现阶段多采用的方法是高能球磨法是碳纳米管在基体中均匀的分 散开，但是这种方法由于球磨的高能不可避免的照成了碳纳米管结构的损坏，对最后的 性能造成影响；与其他常用的陶瓷增强颗粒相比，碳纳米管可通过相对较低温度下的化 学气相沉积法制备；因此，如果以微米陶瓷颗粒为载体，原位生长碳纳米管，可以获得 纳米增强相和微米颗粒两相的原位复合增强相；而碳化硅也由于其具有优异的综合性 能，现在已被广泛应用为金属基复合材料的增强相；而如果应用碳化硅作为化学气相沉 积法制备碳纳米管的载体，不仅可以省去载体分离的步骤，而且可以使碳化硅与碳纳米 管同时作为金属基体的增强相，强化效果会更好。

对现有的文献及发明检索发现，文献中还没有这方面的报道；

在公开号为CN1730688A的中国发明专利“气相沉积原位反应制备碳纳米管增强铝 基复合材料的方法”，提出了在铝基体粉末表面原位制备碳纳米管，随后采用粉末冶金 的方法制得铝基复合材料，较好的解决了碳纳米管的分散问题；

中国发明专利CN102296196A，CN103627932A和CN102102158A，都提出了向熔 融的铝基体中加入反应物，通过加入的合金或化合物，通过熔体反应法制的一些纳米及 微米颗粒，达到增强基体的目的，也取得了一些效果。但是这些专利也存在明显不足： 1)采用纯铝粉作为载体，原位制备碳纳米管，使得基体铝粉末必须浸渍在碱性的水溶 液，使得铝粉本身氧化，影响最后块体复合情况；2)而直接向熔体中直接加入一些反 应物，获得纳米及微米陶瓷增强颗粒，必须将铝熔体加热到一定的温度，容易引起铝的 过烧，而且反应得到的产物可控性差。

中国发明专利CN103061112A，其中涉及一种碳化硅和碳纳米管的复合材料，但其 主要是以碳纳米管宏观体为预制件，沉积碳化硅制得的碳化硅和碳纳米管的复合材料， 碳纳米管及碳化硅都是纳米级，且碳纳米管的宏观体制备也很复杂，与本发明相比，不 能作为一种复合增强相；中国发明专利CN103754878A，涉及了一种碳化硅颗粒表面原 位自生碳纳米管的方法，但是没有对后续作为一种增强相复合到铝基体中进行研究，本 发明是对其的一种深入研究和探索。

发明内容

本发明的目的是提供一种微纳米颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法。该 方法工艺简单、可操作性强，通过原位反应在微米碳化硅颗粒表面制得均匀分散的 碳纳米管，粉末冶金使两者同时分散在基体中，保证了两种增强相都能起到很好的 增强效果。

本发明提出了一种微纳米颗粒混杂增强铝基复合材料，该材料包括铝基体和增强 相，所述增强相为分散均匀的微米级碳化硅颗粒和碳纳米管组成。

在本发明中，所述的增强相中碳纳米管是在碳化硅颗粒表面原位自生成的。

在本发明中，所述铝基体包括纯铝，铝镁铜系，铝镁硅系，铝锌镁铜系中的任意一 种。

在本发明中，所述碳化硅颗粒大小为2-50μm。

在本发明中，所述微纳米混杂增强相中碳纳米管的体积分数为3vol％-35vol％。