[发明专利]一种宏量化颗粒增强铝基复合材料坯锭及其基于粉末冶金的制备方法

说明书

本发明涉及一种宏量化颗粒增强铝基复合材料坯锭及其基于粉末冶金的制备方法。所述方法包括如下步骤：(1)将陶瓷粉末与铝基体粉末混合并冷压，得混合粉末；(2)将所述混合粉末置于真空条件下加热加压复合，得坯锭中间体；(3)待所述坯锭中间体冷却后，即得所述宏量化颗粒增强铝基复合材料坯锭。所述基于粉末冶金制备宏量化颗粒增强铝基复合材料坯锭的方法，以陶瓷粉末与铝基体粉末为原料，在真空条件下加热加压即可制备，所得复合材料坯锭在三点抗弯强度、线膨胀系数、弹性模量、热导率、致密度等方面性能表现优异。

技术领域

本发明属于铝基复合材料领域，具体涉及一种宏量化颗粒增强铝基复合材料坯锭及其基于粉末冶金的制备方法。

背景技术

发达国家将颗粒增强铝基复合材料用于制造火箭、飞船、导弹、卫星、先进军机、战车等航天器和武器装备零件，并已形成军用标准。颗粒增强铝基复合材料已经在国外的汽车、电子、航空、航天、能源等领域得规模化商业应用。

据记载，航天发射重量每降低1磅，发射成本降低50000美元，使得复合材料在航天减重应用中可以带来巨大的经济利益。虽然航天器比军用和商用飞机应用更能够接受较贵的材料，但成本最低化同样是航天计划的最终目标。随着全球生态环境的恶化和能源的日益紧缺，汽车轻量化成为国家节能减排战略的紧迫需要。金属基复合材料用于汽车的商业生产的历史已经有25年，从轻量化的角度，车身重量减轻1％，燃油消耗降低0.88％(对普通车而言)。以铝基复合材料制动盘为例，铝基复合材料制动盘的重量与铸铁的同类产品相比，重量减少了50-60％，重量的减轻对节省燃油、提高燃油效率、降低排放有重要的意义。与普通铝合金活塞相比复合材料镶环活塞环槽的平均磨损量仅是前者的1/7，使用寿命达三十万公里，超过了汽车的使用寿命，达到普通活塞的3～5倍，而价格仅增加50％。颗粒增强铝基复合材料在热控领域的主要应用领域是电子封装材料和精密仪器的制造材料，主要是充分利用复合材料热膨胀系数小，易于与基板的热膨胀系数匹配，导热、减震、高模量和尺寸稳定的功能特点。碳化硅增强铝基复合材料为电子封装提供了高度可靠且成本经济的热管理解决方案。它可提供高热传导率以及可调的低热膨胀系数。对于需要减轻重量以及需要耐受冲击和振动的应用来说，碳化硅增强铝基复合材料的低密度、高强度和硬度使其具有比传统高密度材料更多的优点。

而现阶段我国在颗粒增强铝基复合材料的总体水平上还有很大的差距。我国具有装备优势及市场需求优势，但在金属复合材料理论研究的深度和制备成型技术方面，特别是在宏量化颗粒增强铝基复合材料制备方面缺乏系统、深入的基础研究和应用研究。颗粒增强铝基复合材料的稳定性及在苛刻环境下的综合性能，已经成为我国在金属复合材料方面研发的迫切任务。

故基于此，提出本发明所述技术方案。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种宏量化颗粒增强铝基复合材料坯锭及其基于粉末冶金的制备方法。所述基于粉末冶金制备宏量化颗粒增强铝基复合材料坯锭的方法，以陶瓷粉末与铝基体粉末为原料，在真空条件下加热加压即可制备，所得复合材料坯锭在三点抗弯强度、线膨胀系数、弹性模量、热导率、致密度等方面性能表现优异。

本发明的方案是，提供一种基于粉末冶金制备宏量化颗粒增强铝基复合材料坯锭的方法，包括如下步骤：

(1)将陶瓷粉末与铝基体粉末混合并冷压，得混合粉末；

(2)将所述混合粉末置于真空条件下加热加压复合，得坯锭中间体；

(3)待所述坯锭中间体冷却后，即得所述宏量化颗粒增强铝基复合材料坯锭。

具体的，包括如下步骤：

(S1)将陶瓷粉末和铝基体粉末混合均匀后装入配有下垫板的金属模具内、然后放入上垫板冷压；将金属模具装配压头与密封管件后，采用电焊或氩弧焊焊接封焊，并焊接抽气管，形成金属模套；

(S2)采用电阻炉加热真空状态金属模套，待保温阶段完毕后，将金属模套进行热压复合；