[发明专利]一种氧化锌颗粒增强铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种氧化锌颗粒增强铝基复合材料的制备方法。本发明将氧化锌经超声分散后均匀夹在经完全退火以及去氧化膜、脱脂处理的纯铝板中间，然后对其进行连续多次累积轧制；随后将轧制试样经放电等离子烧结工艺处理。因累积叠轧工艺产生的形变强化和细晶强化，和氧化锌增强体产生的颗粒强化，最终制得的复合材料有较高的显微硬度，约为原始纯铝试样的2.1倍；同时还有较高的热导率及较低的热膨胀系数。本发明工艺成本低，安全可靠，操作方便，得到的铝基纳米复合材料组织中晶粒细小，且纳米氧化锌增强相分布均匀，无明显团聚现象。

技术领域

本发明涉及一种氧化锌颗粒增强铝基复合材料的制备方法，属于铝基复合材料领域。

背景技术

颗粒增强铝基复合材料由于其具有高比强度、高比模量、良好的高温性能、耐疲劳性、耐腐蚀性和导电性能良好等综合力学性能和使用性能，已成为21世纪最有发展前途的先进材料之一。其中弥散增强的铝基复合材料作为最常见的一种，由于其具有各向同性特征突出、可加工性强、价格低廉以及无老化、高温蠕变现象和在高真空条件下不释放小分子的特点，在航空航天、军事、汽车、电子及生活用品等领域都显示出广阔的应用前景。

目前，颗粒增强铝基复合材料的增强体主要是SiC、Al₂O₃和石墨等。而氧化锌(ZnO)有比这些常用增强体更低的电阻率、更高的热导率以及更低的热膨胀系数，同时氧化锌具有较大的空电位(3.7eV)，在催化剂、半导体材料、太阳能电池、电光学设备等方面都有巨大的应用，同时也具有高介电损耗、低电阻率的性能。但是氧化锌有比较严重的团聚现象，所以选取合适的制备方法非常重要。制备铝基复合材料的方法目前主要有：磁控溅射法，喷射沉积法，铸造法，粉末冶金法和原位生成法。磁控溅射法和喷射沉积法只能制备薄膜材料(厚度在毫米量级以下)。铸造法和粉末冶金法中，强化颗粒通常倾向于团聚，导致其分布不均匀，样品易出现孔隙，裂纹等缺陷，从而很大程度上影响制得的金属基复合材料的力学与电学性能。原位合成法可以解决上述问题，但是利用原位合成法时，增强体所占体积分数受到限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种氧化锌颗粒增强铝基复合材料的制备方法。该方法使得添加进去的高体积分数的氧化锌可均匀分散在基体中，克服氧化锌颗粒严重的团聚性，且复合材料性能优良，并且工艺简单，成本低廉。

本发明的技术方案具体包括如下步骤：

步骤一：选取完全退火态纯铝板，并进行表面处理，去除掉表面的氧化膜和油污；

步骤二：选取体积分数为纯铝板的0.5％～5％的氧化锌颗粒作为增强体，将称量好的ZnO颗粒在丙酮中经超声震荡后，均匀涂覆在处理好的铝片表面；

步骤三：待丙酮挥发后，将多层铝片叠放到一起并固定，对固定好的样品进行轧制；

步骤四：对轧制一道次后的样品进行表面处理，除掉油污和表面氧化物，不再添加ZnO颗粒，沿轧制方向对折，再进行轧制，重复上述步骤，进行累积叠轧，直至轧制道次达到8～12次；

步骤五：对轧制后的样品，选取烧结温度为500℃、压强为80MPa、烧结保温加压时间为5min，对累积叠轧样品进行放电等离子烧结处理，得到氧化锌颗粒增强铝基复合材料。

步骤三和四中，每道次轧制时，厚度的变形量约为50％。