[发明专利]一种高强高导铝基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高强高导铝基复合材料及其制备方法，属于复合材料及其制备技术领域。本发明所述的复合材料中气凝胶的质量百分比为0.1~40.0%，复合材料的基体为纯铝或铝合金。本发明通过在铝合金的液态或半固态区间施加搅拌，并通过对复合材料熔体进行超声处理，获得了气凝胶分布均匀，组织均匀的铝基复合材料。此外，可以对获得的铝基复合材料进行挤压、轧制、拉拔等塑性成形加工，进一步获得力学性能更优异的变形态铝基复合材料。本发明解决了亚微米及微米级气凝胶颗粒在铝合金基体中的均匀有效分散的技术问题，具有工艺简单、生产成本低等优点，适合于大体积大规模生产高强高导铝基复合材料。获得的铝基复合材料密度低、力学性能优异、导热导电性能高等优点，在高性能铝结构件及对导电导热性能有特殊需求铝材料的汽车、航空航天、电力电子等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种高强高导铝基复合材料及其制备方法，属于金属基复合材料及其制备技术领域。

背景技术

工业纯铝具有良好的导电导热性能，但是强度、硬度较低，严重限制了其使用范围。在纯铝中添加铜、镁、锌、锰、硅等元素后可有效的提高合金的强度、硬度等性能，获得的各种牌号的铝合金，但同时也显著的降低了铝合金的导电导热性能，如，7系的高强铝合金其电导率仅为30-40%IACS，仅为纯铝电导率的50%左右。

随着3C、电力电子、航空航天等高新技术产业的迅速发展，尤其是微电子行业的发展，对轻质、高导热、高导电材料的需求日益迫切，具有低密度、高强度和高导电率的铝基材料有着广泛的应用前景。

传统的高强高导铝合金材料是通过添加合金元素、成分设计、热处理、塑性加工等技术来实现的。通过固溶强化、晶界强化等方式虽然可以提高铝合金的强度和电导率，但提高幅度有限。加工硬化虽然可以显著提高铝合金材料的强度，但是对其电导率影响显著。综上，上述方法在提高铝合金强度的同时会显著降低合金的导电率，难以同时兼顾合金的强度和导电率。如专利CN108559886A通过控制铝合金棒材生产过程中的工艺参数，再通过后续的在线驻波淬火，同时提高挤压棒材的强度和导电性能。但是其制备过程复杂，而且其导电性能提高程度不大，棒材的电导率低于50%IACS。

在纯铝或铝合金中添加硬质颗粒，通过弥散强化的方式，获得铝基复合材料，可以在提高铝材料的强度的同时，保证其导电导热性能不显著下降。SiC、AlN等陶瓷颗粒已在相关铝基复合材料中得到应用。如发明专利CN101956113B提供了一种SiC颗粒增强铝基复合材料的制备方法，通过雾化制粉、高能球磨+真空热压的方法制备了以Al-Bi为基体的复合材料，使铝合金的力学性能和电学性能得到良好的匹配，但存在制备工艺复杂等不足。

值得注意的是，通过弥散强化的方式获得高强高导铝基复合材料时，作为弥散强化的第二相的性质将显著影响最终获得的铝基复合材料的性能。与传统的增强相颗粒相比，氧化硅、氧化铝、氧化锆和氧化钛等气凝胶材料由于具有特殊的微纳空洞结构，具备极低密度、及高强度、耐高温、热膨胀系数小及耐腐蚀等优异性能。在铝及铝合金材料中添加气凝胶材料制备获得的铝基复合材料不仅具备低密度、高强度的特性，还可具备良好的导热、导热等特性，满足汽车、航空航天、电力电子等领域对高性能轻质铝材料的应用需求。

发明内容

本发明的目的是针对目前高强高导铝合金及铝基复合材料材料开发中所面临的上述问题及不足，提供一种低密度、高强度，同时具备良好导电导热性能的铝基复合材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高强高导铝基复合材料，复合材料的铝基体为纯铝、变形铝合金或铸造铝合金，复合材料的增强相为气凝胶。

优选的，复合材料中气凝胶的含量为0.1~40.0 wt.%。