[发明专利]一种无压浸渗炉和制备颗粒增强铝基复合材料的方法

说明书

本发明提供了一种无压浸渗炉，包括密封炉体、保温层、加热元件、热电偶、浇注系统、浸渗坩埚、进排气系统、真空系统、控制系统、观察系统；保温层设置在密封炉体内，围成的空间为工作区；加热元件设置在保温层内，并与控制系统连接；浇注系统包括坩埚架、熔化坩埚、旋转控制机构，浸渗坩埚位于熔化坩埚的浇注口下方；热电偶一端靠近浸渗坩埚，另一端与控制系统连接；进排气系统与密封炉体连接并穿过保温层与工作区连通，真空系统与密封炉体连通；观察系统用于观察浸渗过程和控制浇注操作。本发明还提供了使用无压浸渗炉制备颗粒增强铝基复合材料的方法，可应用于大尺寸颗粒增强铝基复合材料的制备，且可实时观察浸渗过程，便于优化工艺。

技术领域

本发明涉及无压浸渗法制备复合材料领域，更具体的，涉及一种无压浸渗炉和制备颗粒增强铝基复合材料的方法。

背景技术

传统无压浸渗工艺制备颗粒增强铝基复合材料其工艺过程通常为在气氛炉升温至指定温度，特定环境气氛下铝合金不借助外加载荷条件下在多孔预制体毛细管力作用下渗入坯体，充填多孔预制体孔隙，并凝固获得较为致密的铝基复合材料，相较于压力浸渗和、粉末冶金工艺具有设备成本低，可以实现大尺寸复合材料的制备。目前传统无压浸渗方式可分为浸液法、浇注法、蘸液法和上置法，其中由于工艺限制蘸液法和浸液法无法用于制备较大尺寸复合材料，常用于实验室条件下，因此目前常用的无压浸渗方式多为浇注法和上置法。上置法是将需要浸渗的铝合金放置在多孔预制体上方一同放置在气氛炉内升温至指定温度并保温，在升温的过程中铝合金熔化并在浸渗气氛的作用下通过毛细管力浸渗到预制体内部，但由于铝合金表面均有一层较为致密的氧化层在浸渗过程中会阻碍合金液向多孔预制体内浸渗，需要满足一定条件破坏这层氧化膜；而浇注法目前通常是在空气条件下进行，需要向预制体内添加一定量的助渗剂来促进浸渗，由于注渗剂的加入会导致浸渗后的复合材料内部产生新的物相和界面会削弱复合材料性能。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种无压浸渗炉，以解决现有技术中传统无压浸渗炉制备复合材料而存在的技术缺陷。

本发明的目的之二在于提供一种制备颗粒增强铝基复合材料的方法，该方法可适用于大尺寸颗粒增强铝基复合材料制备，可以降低铝合金表面氧化膜对浸渗的影响，降低浸渗条件；同时无需向复合材料或浸渗合金引入其它助渗剂用于浸渗，减少其它物相和界面产物的产生，保证复合材料性能，且可实时观察浸渗过程，便于优化工艺。

为了解决上述技术问题，本发明一方面，提供一种无压浸渗炉，包括密封炉体、保温层、加热元件、热电偶、浇注系统、浸渗坩埚、进排气系统、真空系统、控制系统、观察系统；

所述保温层设置在所述密封炉体内，围成的空间为工作区；

所述加热元件设置在所述保温层内，并与所述控制系统连接，用于加热所述工作区；

所述浇注系统用于熔化铝合金并将熔化铝合金浇注到预制体上进行无压浸渗，所述浇注系统包括坩埚架、熔化坩埚、旋转控制机构，所述坩埚架设置所述工作区内，并与所述旋转控制机构连接，所述旋转控制机构设置在所述密封炉体的侧壁上，用于控制坩埚架的旋转，所述熔化坩埚设置在所述坩埚架内；

所述浸渗坩埚设置在所述熔化坩埚的浇注口下方；

所述热电偶一端靠近浸渗坩埚，另一端与所述控制系统连接并置于所述密封炉体外，用于测量工作区温度并接收测量数据；

所述进排气系统与密封炉体连接并穿过保温层与工作区连通，用于将浸渗或保护气氛通入工作区或从工作区排出；

所述真空系统与所述密封炉体连通，用于排出密封炉体内气体，保持一定真空度；

所述观察系统通过所述保温层的开口观察浸渗过程和控制浇注操作。

在一些实施例中，所述进排气系统包括进气口、排气口、气源、尾气处理装置，