[发明专利]一种高体积分数陶瓷增强铝基复合材料制备方法

说明书

本发明公开了一种高体积分数陶瓷增强铝基复合材料制备方法，以铝合金薄带和陶瓷颗粒为原材料，经预处理、加热熔融、雾化沉积制备而成。本发明可制备任意高体积分数的陶瓷颗粒增强铝基复合材料，陶瓷颗粒在铝基复合材料中分布均匀，能显著降低铝基复合材料的热膨胀系数、提高复合材料的综合力学性能。本发明采用沉积成型，通过控制沉积距离和铝丝输送速率，即可调整陶瓷增强铝基复合材料的尺寸，制备出近净尺寸的陶瓷增强铝基复合材料半成品，可应用于工业生产。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料技术领域，更具体地，涉及一种高体积分数陶瓷增强铝基复合材料制备方法。

背景技术

陶瓷增强铝基复合材料一般具有低密度、高比刚度、低膨胀、高导热等优异的综合性能，有望成为继铝合金和钛合金后的新型结构材料。但随着航空航天技术、宇宙探测技术的高速发展，低体积分数(5～30％)的陶瓷增强铝基复合材料已难以满足太空恶劣环境的使用要求，如航天中广泛应用的各种结构件、电子封装、测量仪表、光学器件、灵敏元件、卫星镜筒等，要求有更低的热膨胀系数、更好的导热系数、更高的弹性模量和更优异的综合力学性能。要满足上述要求，开发出高体积分数(40％以上)的、优异力学性能的陶瓷增强铝基复合材料是一条可行的途径。

目前高体积分数陶瓷增强铝基复合材料现有原制备方法主要有浸渗法和铸造法等，浸渗法是将铝合金通过挤压浸渗或气压浸渗的方式渗入多孔网状的陶瓷颗粒预制块中制备而成；铸造法是将增强陶瓷颗粒加入高速搅拌的完全或者部分溶化的基体金属熔体中，然后浇注成复合材料。这两种方法的主要缺点是陶瓷增强体难以分散均匀、力学性能差，难以实现低热膨胀系数和较高的导热系数，且产品的加工难度大、成本高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种高体积分数陶瓷增强铝基复合材料制备方法，预先使用铝合金薄带包裹陶瓷颗粒，简化了生产工艺，熔融后铝合金液滴紧密包裹陶瓷颗粒，能有效提高陶瓷颗粒的沉积效率和分散的均匀性。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法得到的高体积分数陶瓷增强铝基复合材料，陶瓷颗粒在铝基体中分布均匀，强化效果好。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高体积分数陶瓷增强铝基复合材料制备方法，以铝合金薄带和陶瓷颗粒为原材料，所述制备方法包括以下步骤：

S1.预处理：将陶瓷颗粒包裹至铝合金薄带中，再对铝合金薄带封口处进行焊合，制备出充满陶瓷颗粒的铝丝；

S2.加热熔融：将步骤S1中制备的铝丝输送至感应加热器中，加热熔化，形成包裹陶瓷颗粒的熔融液滴；

S3.雾化沉积：使用高压氮气将步骤S2中的熔融液滴雾化成微纳米级的铝合金液滴和陶瓷颗粒，共同沉积形成陶瓷颗粒增强铝基复合材料。

本发明使用铝合金薄带包裹陶瓷颗粒后再进行熔融，形成包裹陶瓷颗粒的熔融液滴，经过高压氮气雾化形成微纳米级的铝合金液滴和陶瓷颗粒，再沉积形成陶瓷颗粒增强铝基复合材料；陶瓷颗粒在铝基复合材料中分布均匀，不会产生团聚。

进一步地，所述原材料中陶瓷颗粒的体积比大于40％。

进一步地，所述陶瓷颗粒和铝合金薄带的体积比为45～65:35～55。

进一步地，所述陶瓷颗粒包括SiC、TiC、MgO、Al₂O₃的任意一种或多种。

进一步地，步骤S2中所述感应加热的温度800～1000℃。

进一步地，步骤S3中所述高压氮气从熔融液滴四周分别对熔融液滴进行雾化。

进一步地，所述高压氮气的压力为2～5MPa，温度为-15℃～-20℃。