[发明专利]一种原位纳米氧化铝含量可控的铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种原位纳米氧化铝含量可控的铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤具体实施：步骤1，在惰性气氛下将球形铝粉进行高能球磨1～6个循环，得到纳米Al₂O₃/Al复合粉末；每个循环包括高能球磨4h和通气氧化10～30min，先高能球磨再通气氧化；步骤2，将步骤1得到的复合粉末在石墨模具中预压成型，再进行烧结一段时间，得到烧结成型的块体试样，再将块状试样预热后进行热挤压，得到纳米Al₂O₃增强的铝基复合材料。本发明方法可以对AMCs中原位生成的纳米Al₂O₃含量进行有效调控，制备出的具有优异性能的AMCs。

技术领域

本发明属于铝基复合材料领域，具体涉及一种原位纳米氧化铝含量可控的铝基复合材料的制备方法。

背景技术

随着现代科技的飞速发展，能源危机和环境污染问题日益严峻，在开发新能源的同时，节能减排已成为共识。轻质、高强材料的研究和应用将是解决该问题的关键环节。其中，轻金属及其复合材料因具有优异的综合性能而受到人们的广泛关注。与传统铝合金相比，铝基复合材料(Aluminum Matrix Composites,AMCs)因具有高比强度、低密度、低热膨胀系数以及优良的导热、导电性能，兼顾结构和功能性于一体，在航空航天、汽车以及电力电子等领域展现出广阔的应用前景。

目前AMCs的研究主要是以碳化硅颗粒(SiC_p)、氧化铝(Al₂O₃)颗粒、碳化钛(TiC)颗粒、碳纤维和碳纳米管(CNTs)等作为增强体。其中，Al₂O₃作为一种最常用的增强体，其不仅具有优异的力学性能、耐热性及化学稳定性，而且密度低、来源广与铝基体之间界面结合好，无有害界面反应，被认为是AMCs的良好增强体。制备Al₂O₃增强AMCs的常用方法有外加法和原位法。外加法是将纳米Al₂O₃颗粒通过粉末冶金法、熔铸法等方式加入到铝基体中制备AMCs。但是该体系存在以下问题：(1)外加的纳米Al₂O₃增强体与铝基体之间润湿性差，易团聚，难以均匀分散；(2)随着增强体含量的增加材料的致密化困难；(3)纳米Al₂O₃粉体成本较高。原位法是通过Al的氧化或者使铝基体和其他氧化物发生置换反应，原位生成纳米Al₂O₃来制备AMCs。目前，关于原位生成纳米Al₂O₃增强AMCs的技术主要集中于通过Al基体和其他氧化物之间的反应来进行，此类方法虽然能够避免增强体与基体相容性不良的问题，但是该系列反应所需要的温度都比较高(Al的熔点以上)，反应过程易产生对基体有害的脆性相，使得反应产物的可控性困难。因此，通过铝的氧化原位生成纳米Al₂O₃增强AMCs是解决上述问题较为有效途径之一。