[发明专利]一种制备高体分SiCp/Al复合材料的致密化工艺

说明书

本发明涉及一种制备高体分SiCp/Al复合材料的致密化工艺，该工艺包括：将SiC粉末和铝粉按照50‑80％:20‑50％，优选50‑60％:40‑50％的体积比加入到球磨机中进行混料，将球磨混料后的混合粉末装入模具中冷压成型，将冷压坯放入真空热压机中进行热压烧结，其中，在热压烧结的升温过程中开始施加压力，并在升温至560‑635℃的热压温度下保温的同时，在28‑65MPa的热压压力下保压，所述％以SiC粉末和铝粉的总体积为基准计。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，涉及一种制备高体分SiCp/Al复合材料的致密化工艺。

背景技术

SiC_p/Al复合材料作为颗粒增强铝基复合材料中的最常用的一类，是由铝或者铝合金作为基体连续相，通过添加碳化硅颗粒增强相来强化材料性能的复合材料。SiC_p/Al复合材料的性能取决于铝基体和碳化硅颗粒的尺寸、含量、形状、分布和材料的加工方式等。相对于其他材料，SiC_p/Al复合材料主要具有以下性能特点：(1)较高的比强度、比刚度和低密度；(2) 耐磨性好；(3)低的热膨胀系数、尺寸稳定性好；(4)良好的导热性能；(5)制造成本低。

SiC_p/Al复合材料根据所加入碳化硅成分配比的不同和制备工艺的不同，被分为结构级、仪表级、光学级和电子封装级等功能型SiC_p/Al复合材料。其中光学/仪表级的(30％≤SiC≤50％)SiC_p/Al复合材料具有很好的功能化特性，它们的比模量比传统航空材料钛合金和铝合金高出一倍，光学/仪表级SiC_p/Al复合材料的尺寸稳定性比普遍使用的铍材还要优越，不仅如此，光学/仪表级SiC_p/Al复合材料还具备与钢材和铍材相差无几的低线膨胀系数，由于铍材本身有剧毒，脆性大导致材料加工困难，使铍材的工业化应用受到了很大限制，越来越多的铍材惯性器被换成了光学/仪表级SiC_p/Al复合材料，并被誉为“第三代航空航天惯性器件材料”，在众多先进飞行器的零件上已成功得到应用，例如这类复合材料已被美军应用于制造惯性环形激光陀螺制导系统和三叉戟导弹的惯性导向球；该种材料还在EA-6B型预警机、火星“探路者”和“卡西尼”深空探测器等航天器上都有较为成熟的应用。另外在光学精密构件上的应用也越来越受到重视；电子封装级的(SiC≥50％)SiC_p/Al复合材料由于兼备了铝基体和碳化硅颗粒这二相的优点，即传热性能优异、材料尺寸稳定性高、比强度高、原料价格低廉等，这些材料属性使得SiC_p/Al复合材料成为了应用前景广阔的“第三代电子封装材料”。具体来说，这种材料的综合性能优点表现在以下几个方面:(1)材料性能可依照实际应用要求进行调整；例如，通过改变所添加的碳化硅颗粒的百分比、作为铝基体所选择的铝合金成分和SiC_p/Al 复合材料的材料制备工艺来调整材料最终的热导率和线膨胀系数。(2)良好的力学性能，结构级SiC_p/Al复合材料由于它的高比强度和高比弹性模量愈来愈多的应用于飞机结构件上。(3) 材料制备成本低，首先，与其他晶须型、纤维型增强项相比，碳化硅颗粒价格较低，来源丰富。另外采用合适的制备工艺方法，SiC_p/Al复合材料可以实现产品的净成形或近净成形，大大提高材料工业化生产的效率。美国单座双发高隐身性第五代战斗机上的电子仪表仪器和高功率的电子设备上都普遍采用电子封装级SiC_p/Al复合材料来取代传统的电子封装材料，质量仅为传统封装构件的30％，减重效果十分突出；并且制备工艺成熟的电子封装级SiC_p/Al复合材料的导热性能优异(热导率可达到180W/m.k)，可以将大功率电子元器件所产生的热量快速传导出去，稳定电子元器件的工作温度，对提升电子设备运行的稳定性有非常重大的作用。并且国外军方也把传统的用钨铜合金制造的军事雷达的电子封装底座改为用电子封装级 SiC_p/Al复合材料取代，其SiC_p/Al复合材料底座质量只有传统底座的20％左右。