專利名稱：一種制備SiCp和SiCw混雜增強/Al復合材料的方法
—種制備S i Cp和S i Cw混雜增強/AI復合材料的方法 本發(fā)明屬于金屬基復合材料研究領(lǐng)域，涉及一種制備(SiCp+SiCw)混雜增強/Al 復合材料的方法。
背景技術(shù)：
混雜增強金屬基復合材料由于各種增強材料不同性質(zhì)的相互補充，特別是由于 產(chǎn)生混雜效應將明顯提高或改善原單一增強材料的某些性能，同時也大大降低復合材料 的原料費用。鋁基復合材料是金屬復合材料中最受注意的一類材料，向鋁及鋁合金中添 加SiC顆粒(SiCp)或碳化硅晶須(SiCw)陶瓷增強體可以顯著提高材料的模量和熱物理性 能。混雜增強鋁基復合材料以非連續(xù)增強復合材料居多，如(SiCp+SiCw)混雜增強Al 基復合材料，主要的制備方法有固態(tài)法、液態(tài)法和半固態(tài)法。其中液態(tài)法，尤其是液 態(tài)法中的浸滲法，具有適應性廣，成形工藝簡單，易于批量化生產(chǎn)，成本低廉而得到廣 泛的研究和應用，而采用浸滲法獲得優(yōu)質(zhì)復合材料的前提是制備出高質(zhì)量的混雜增強相 (SiCp+SiCw)預制件?？v觀目前文獻報導的各種制備方法，可以看出采用的主要制備方 法基本一致，即將SiCp和SiCw—起放入到適當?shù)挠袡C溶劑中，然后采用超聲波振動的 方法，促進SiCp和SiCw的均勻分布，然后加粘結(jié)劑攪拌，過濾，最后倒入模具中壓制 成形。但是由于SiCp與SiCw的大小和形狀不同，以致在制備過程中很難實現(xiàn)預制件中 SiCp與SiCw的均勻分布。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是解決向鋁及鋁合金中添加SiC顆粒(SiCp)或碳化硅晶須(SiCw)制 備過程中難以實現(xiàn)預制件中SiCp與SiCw的均勻分布問題。 —種制備SiCp和SiCw混雜增強/Al復合材料的方法，其特征是先采用粉末注 射成形的方法制備一個全部由SiCp組成的多孔預制坯，然后用濃度為5 50城％的聚 碳硅烷(PCS)-二甲苯溶液浸漬由SiCp組成的多孔預制坯，浸漬完畢后將坯體放入氮氣 氣氛中進行裂解，得到由(SiCp+SiCw)混合組成的預制坯，最后采用熔滲工藝將預制坯 與Al進行復合，制得(SiCp+SiCw)混雜增強Al復合材料。具體工藝為首先將粒度為 10 120iim的SiC粉末與石蠟有機粘結(jié)劑按照體積比45 65 : 55 35的比例在雙輥 混煉機上于130-150。C條件下混合均勻，然后再將混合物在10-30MPa的壓力、120-150°C 溫度條件下成形，得到一個由SiCp和粘接劑組成的坯體，然后再于300-50(TC條件下將 坯體中的有機粘結(jié)劑脫除，得到一個全部由SiCp組成的多孔預成形坯體；然后再采用 聚碳硅烷(PCS)-二甲苯溶液浸漬該多孔預成形坯體，溶液濃度控制在5 50wt^，浸漬 壓力為10 100Pa ;將經(jīng)過浸漬的SiCp預成形坯體放入氮氣氣氛中進行裂解，裂解溫 度為120(TC，裂解時間為30-120分鐘，孔隙中的聚碳硅烷經(jīng)過高溫裂解成SiCw， SiCw 占據(jù)浸漬前SiCp預成形坯的孔隙，裂解后，預制坯由原來單一的SiCp組成變成了由 SiCp+SiCw混合組成。最后采用壓力熔滲(溫度600 75(TC，壓力0.5 2MPa)或無壓 熔滲(溫度900 IIO(TC ，氮氣氣氛)的方法將SiCp+SiCw混合組成的預成形與Al進行復合，最終可以得到由SiCp和SiCw均勻混雜增強的Al基復合材料，如圖1所示。
該方法不僅可以實現(xiàn)SiCp與SiCw在Al基體中的均勻分布，而且可以通過控制 浸漬聚碳硅烷(PCS)- 二甲苯溶液的次數(shù)來準確調(diào)整SiCp與SiCw之間的比例，以實現(xiàn)對 最終復合材料性能的控制。


圖1為(SiCp+SiCw)/Al復合材料顯微組織，(箭頭所示為SiCw，其他塊狀為 SiCp)。 圖2為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例1 :將粒度為分別為63 ii m禾P 14 ii m兩種SiCp粉末以3 : 2比例混合，然 后與石蠟基粘結(jié)劑按體積比55 : 45于13(TC在雙輥混煉機上混煉30分鐘后，然后再將混 合物在20MPa的壓力、14(TC溫度條件下成形，得到一個由SiCp和粘接劑組成的坯體， 然后將坯體在300-50(TC溫度范圍內(nèi)保溫300分鐘，將坯體中的有機粘結(jié)劑脫除，得到一 個全部由SiCp組成的多孔預成形坯體；然后再采用濃度為20wt^的聚碳硅烷(PCS)- 二 甲苯溶液浸漬該多孔預成形坯體，浸漬壓力為30Pa，浸漬時間為30分鐘；將經(jīng)過浸漬的 SiCp預成形坯體放入氮氣氣氛中進行裂解，裂解溫度為120(TC，裂解時間為90分鐘， 孔隙中的聚碳硅烷經(jīng)過高溫裂解成SiCw， SiCw占據(jù)浸漬前SiCp預成形坯的孔隙，裂解 后，預制坯由原來單一的SiCp組成變成了由SiCp+SiCw混合組成。最后在溫度700°C 、 壓力lMPa條件下將Al滲入到(SiCp+SiCw)預成形坯體中，保壓時間為30min，最后得到 (SiCw+SiCp)/Al復合材料。 實施例2 :將粒度為分別為63 ii m禾P 14 ii m兩種SiCp粉末以3 : 2比例混合，然 后與石蠟基粘結(jié)劑按體積比60 : 40于13(TC在雙輥混煉機上混煉30分鐘后，然后再將混 合物在15MPa的壓力、15(TC溫度條件下成形，得到一個由SiCp和粘接劑組成的坯體， 然后將坯體在300-50(TC溫度范圍內(nèi)保溫300分鐘，將坯體中的有機粘結(jié)劑脫除，得到一 個全部由SiCp組成的多孔預成形坯體；然后再采用濃度為15wt^的聚碳硅烷(PCS)- 二 甲苯溶液浸漬該多孔預成形坯體，浸漬壓力為20Pa，浸漬時間為30分鐘；將經(jīng)過浸漬的 SiCp預成形坯體放入氮氣氣氛中進行裂解，裂解溫度為120(TC，裂解時間為90分鐘， 孔隙中的聚碳硅烷經(jīng)過高溫裂解成SiCw， SiCw占據(jù)浸漬前SiCp預成形坯的孔隙，裂解 后，預制坯由原來單一的SiCp組成變成了由SiCp+SiCw混合組成。將Al-Si-Mg合金 塊放到預制坯的上方，然后一起放入到氮氣氣氛爐中，于溫度100(TC、氮氣氣氛中保溫 120min，最后得到(SiCw+SiCp)/Al復合材料。
權(quán)利要求
一種制備SiCp和SiCw混雜增強/Al復合材料的方法，其特征是先采用粉末注射成形的方法制備一個全部由SiCp組成的多孔預制坯，然后用濃度為5～50wt％的聚碳硅烷-二甲苯溶液浸漬由SiCp組成的多孔預制坯，浸漬完畢后將坯體放入氮氣氣氛中進行裂解，得到由SiCp+SiCw混合組成的預制坯，最后采用熔滲工藝將預制坯與Al進行復合，制得SiCp+SiCw混雜增強Al復合材料。
2. 如權(quán)利要求1所述一種制備SiCp和SiCw混雜增強/Al復合材料的方法，其特征是 具體加工工藝為首先將粒度為10 120 m的SiC粉末與石蠟有機粘結(jié)劑按照體積比 45 65 : 55 35的比例在雙輥混煉機上于130-15(TC條件下混合均勻，然后再將混合 物在10-30MPa的壓力、120-15(TC溫度條件下成形，得到一個由SiCp和石蠟有機粘接劑 組成的坯體；然后再于300-50(TC條件下將坯體中的石蠟有機粘結(jié)劑脫除，得到一個全部 由SiCp組成的多孔預成形坯體；然后再采用聚碳硅烷-二甲苯溶液浸漬該多孔預成形坯 體，浸漬壓力為10 100Pa;將經(jīng)過浸漬的SiCp預成形坯體放入氮氣氣氛中進行裂解， 裂解溫度為120(TC，裂解時間為30-120分鐘，孔隙中的聚碳硅烷經(jīng)過高溫裂解成SiCw， SiCw占據(jù)浸漬前SiCp預成形坯的孔隙，裂解后，預制坯由原來單一的SiCp組成變成了 由SiCp+SiCw混合組成；最后采用壓力熔滲或無壓熔滲的方法將SiCp+SiCw混合組成的 預成形與A1進行復合，最終得到由SiCp和SiCw均勻混雜增強的Al基復合材料；壓力熔 滲條件為溫度600 75(TC，壓力0.5 2MPa;無壓熔滲條件為溫度900 IIO(TC， 氮氣氣氛。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬基復合材料研究領(lǐng)域，涉及一種制備SiCp+SiCw混雜增強/Al復合材料的方法。其特征是先采用粉末注射成形的方法制備一個全部由SiCp組成的多孔預制坯，然后用濃度為5～50wt％的聚碳硅烷-二甲苯溶液浸漬由SiCp組成的多孔預制坯，浸漬完畢后將坯體放入氮氣氣氛中進行裂解，得到由SiCp+SiCw混合組成的預制坯，最后采用熔滲工藝將預制坯與Al進行復合，制得SiCp+SiCw混雜增強Al復合材料。該方法不僅可以實現(xiàn)SiCp與SiCw在Al基體中的均勻分布，而且可以通過控制浸漬聚碳硅烷(PCS)-二甲苯溶液的次數(shù)來準確調(diào)整SiCp與SiCw之間的比例，以實現(xiàn)對最終復合材料性能的控制。
文檔編號C22C1/00GK101691646SQ20091008365
公開日2010年4月7日 申請日期2009年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月6日
發(fā)明者任淑彬, 何新波, 曲選輝, 沈曉宇, 秦明禮 申請人:北京科技大學