[发明专利]双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

本申请涉及双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法，该复合材料制备原料包括粗陶瓷颗粒、细陶瓷颗粒及铝合金粉，粗陶瓷颗粒的D50为100μm～200μm，细陶瓷颗粒的D50为15μm～30μm，铝合金粉的D50为15μm～30μm；细陶瓷颗粒与粗陶瓷颗粒的质量比为(0.5～1.5):1。上述复合材料陶瓷颗粒含量可高达75％，材料致密度高、无裂纹等缺陷，耐温性、耐磨性、模量、尺寸稳定性等得到有效提升。

技术领域

本发明涉及铝基复合材料技术领域，特别是涉及双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

陶瓷颗粒具有高模量、高耐磨、高强度、低密度和耐高温等优异的性能，铝或铝合金具有质轻、导热性好等优点，将陶瓷颗粒和铝或铝合金复合，可大幅度提高铝或铝合金的综合性能，且陶瓷颗粒含量越高，对铝或铝合金的增强效果越显著。目前，陶瓷颗粒增强铝基复合材料大多选用单一尺度的陶瓷颗粒，粒度一般为5～30微米，但随着单一尺度陶瓷颗粒含量的增加，粉末的压缩性变差，当选用的陶瓷颗粒粒径小于10微米时，随着陶瓷颗粒含量的增加，粉末的流动性也会变差，陶瓷颗粒之间容易搭桥形成骨架或者局部团聚，基体与陶瓷颗粒之间也无法形成充分的界面结合，导致材料中出现孔洞、陶瓷颗粒分布不均等缺陷，进而导致材料的耐温性、导热性、高温耐磨性等无法进一步提高，限制了其应用。

采用多种尺度陶瓷颗粒作为增强相，可以改善粉末的充填性质，提高粉末的压缩性和松装密度，改善单一尺度陶瓷颗粒作为增强相的不足，以使不同尺度的陶瓷颗粒产生优势互补，产生混杂效应，从而提高材料的耐温性、导热性、高温耐磨性等，但随着陶瓷颗粒含量的增加，同样存在着陶瓷颗粒分布不均的问题，且当选用大尺度陶瓷颗粒时，大尺度陶瓷颗粒易存在脆性裂纹等缺陷，导致材料中容易出现应力集中点，产生开裂、强度降低等问题，影响材料的使用寿命。

发明内容

基于此，有必要提供一种陶瓷颗粒含量可高达75％，且材料致密度高、无裂纹缺陷，综合性能好的双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料。

一种双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料，制备原料包括粗陶瓷颗粒、细陶瓷颗粒及铝合金粉，所述粗陶瓷颗粒的D50为100μm～200μm，所述细陶瓷颗粒的D50为15μm～30μm，所述铝合金粉的D50为15μm～30μm；所述细陶瓷颗粒与所述粗陶瓷颗粒的质量比为(0.5～1.5):1。

在其中一个实施例中，以质量百分含量计，所述铝合金粉由1％～4％的铜粉、1％～3％的镁粉、0～1％的微量元素粉和余量的铝粉组成，所述微量元素粉选自铋粉、铁粉、锡粉中的至少一种。

在其中一个实施例中，以质量百分含量计，所述铝合金粉中，每种所述微量元素粉的含量为0～0.5％。

上述双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料，采用D₅₀为100～200微米的粗陶瓷颗粒和D₅₀为15～30微米的细陶瓷颗粒作为增强相，D₅₀为15μm～30μm的铝合金粉作为基体，一方面，粗陶瓷颗粒具有较好的流动性，细陶瓷颗粒具有较好的强化作用，通过控制粗细陶瓷颗粒的质量比，可使材料具有较好压缩性能的同时，具有相应的力学性能；另一方面，粗陶瓷颗粒粒径大，可起到钉扎作用，细陶瓷颗粒和铝合金粉的粒度相近，可均匀分布在粗陶瓷颗粒周围，形成有效的基体分布，制备过程中铝合金粉发生移动和变形，保证了粗细陶瓷颗粒与基体的结合效果。两方面协同，最终实现复合材料中陶瓷颗粒含量上限可达到75％，有效提升材料的耐温性、耐磨性、模量、尺寸稳定性等。

本申请还提供一种用于制备上述双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料的方法，具体方案如下:

一种上述任一项所述的双尺度陶瓷颗粒增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

提供所述制备原料；

将所述制备原料混合均匀后，依次进行模压成形、烧结和整形，即可。