[发明专利]基于三向约束变形的高体积分数SiC纳米线增强铝基复合材料致密化装置及方法

说明书

基于三向约束变形的高体积分数SiC纳米线增强铝基复合材料致密化装置及方法，涉及一种SiC纳米线/Al复合材料致密化装置及方法。目的是解决高SiC_nw含量的SiC纳米线增强铝基复合材料热挤压后易开裂和高温挤压后存在不良反应的问题。装置由模具、模具底板、上压头、下压头和约束体构成。约束体具有圆柱形空腔。方法：组装装置并将铝基复合材料置于圆柱形空腔内，预热后施加压力。本发明方法及模具进行致密化处理时复合材料处于三向压应力下，致密化的同时避免铝基复合材料的开裂。铝基复合材料强度、致密度和延伸率提高。本发明适用于铝基复合材料的致密化。

技术领域

本发明涉及一种SiC纳米线/Al复合材料致密化装置及方法。

背景技术

近些年来，以纳米增强体作为增强相的金属基复合材料表现出十分优异的性能，逐渐成为人们的研究重点。一般而言，当增强体的三维尺寸中有一个维度小于100nm则可称之为纳米增强体，根据尺寸特征的不同又可分为零维(纳米颗粒)、一维(纳米线)和二维(纳米片)增强体。铝基复合材料一直以来都是金属基复合材料研究中十分重要的研究方向，其中对以SiC颗粒为增强体的铝基复合材料研究最为深入，原因在于SiC具有十分优异的室温和高温力学性能，与铝基体的界面结合状态良好。SiC_nw(碳化硅纳米线)作为一种一维纳米增强体，在铝基复合材料中表现出比传统SiC颗粒更为突出的强化效率，随着SiC_nw制备工艺的日趋成熟，制备成本的逐渐下降，人们开始越来越多地使用SiC_nw替代传统SiC颗粒来制备SiC_nw/Al复合材料。T.Jintakosol等人通过热压烧结法制备了 SiC_nw含量为5-15vol.％的SiC_nw/Al复合材料，并对其摩擦磨损性能进行了研究，发现SiC_nw的加入显著降低复合材料的摩擦系数和磨损率。Wenshu Yang和Ronghua Dong等人采用压力浸渗法制备了体积分数在10-30％的SiC_nw/Al复合材料，得到的复合材料无不良界面反应，SiC_nw在复合材料中定向排列，表现出十分优异的力学性能。

目前而言，SiC_nw/Al复合材料的制备方法比较有限，主要分为固态法和液态法两种，但都存在着致密度低的问题，致密度低的复合材料中存在的微小空洞，往往会成为裂纹萌生的源头，从而使得复合材料提前断裂，大大降低其塑性。

采用热挤压的方式对SiC_nw/Al复合材料进行处理，能够提高复合材料的致密度。但由于SiC_nw/Al复合材料的变形能力的限制，热挤压的方式仅适用于SiC_nw体积分数在40％以下的复合材料，无法适用于体积分数在40-60％的高SiC_nw含量的铝基复合材料。体积分数为40-60％的高SiC_nw含量的铝基复合材料在挤压时特别容易出现开裂的情况，即便提高温度，使铝基体趋近于液相线，也无法避免开裂的发生。并且较高的挤压温度还存在着晶粒粗大、界面不良反应等问题，挤压本身也存在着变形不均匀的先天不足。因此，如何实现高体积分数(40～60vol.％)SiC_nw/Al复合材料的致密化成为充分发挥SiC_nw强化效果的难点。

发明内容

本发明为了解决高SiC_nw含量的SiC纳米线增强铝基复合材料热挤压后易开裂的问题，提出一种基于三向约束变形的高体积分数SiC纳米线增强铝基复合材料致密化装置及方法。

本发明基于三向约束变形的高体积分数SiC纳米线增强铝基复合材料致密化装置由模具、模具底板、上压头、下压头和约束体构成；

所述模具为圆筒体，模具设置在模具底板上表面，上压头、下压头和约束体由上至下叠放在模具内部；上压头和下压头为圆柱体，上压头下端面设置有第一圆柱形凸台，下压头上端面设置有与第一凸台的形状和尺寸相同的第二凸台；