專利名稱：一種雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
碳化硅(SiC)是用石英砂、石油焦、木屑為原料通過電阻爐高溫冶煉而成。目前我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)的碳化硅分為黑色碳化硅和綠色碳化硅兩種，均為六方晶體，比重為
3.20^3. 25，顯微硬度為284(T3320kg/mm2。黑碳化硅含SiC約95%，其韌性高于綠碳化硅，大多用于加工抗張強(qiáng)度低的材料。綠碳化硅約含SiC約97%以上，自銳性好，大多用于加工硬質(zhì)合金、鈦合金和光學(xué)玻璃，也用于珩磨氣缸套和精磨高速鋼刀具。此外還有立方碳化硅，它是以特殊工藝制取的黃綠色晶體，用以制作的磨具適于軸承的超精加工，可使表面粗糙 度Ra32、. 16微米一次加工到RaO. 04、. 02微米。碳化硅由于化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨性能好、除作磨料用外，還有很多其他用途，例如以特殊工藝把碳化硅粉末涂布于水輪機(jī)葉輪或汽缸體的內(nèi)壁，可提高其耐磨性而延長(zhǎng)使用壽命I 2倍；用以制成的高級(jí)耐火材料，耐熱震、體積小、重量輕而強(qiáng)度高，節(jié)能效果好。低品級(jí)碳化硅(含SiC約85%)是極好的脫氧劑，用它可加快煉鋼速度，并便于控制化學(xué)成分，提高鋼的質(zhì)量。此外，碳化硅還大量用于制作電熱元件硅碳棒。碳化硅的硬度很大，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，是一種半導(dǎo)體，高溫時(shí)能抗氧化。然而，由于碳化硅顆粒和鎂合金的相容性不好，且其納米級(jí)的尺寸也使得碳化硅納米顆粒之間產(chǎn)生強(qiáng)大的范德華力而極易團(tuán)聚，這都使得復(fù)合材料中碳化硅納米顆粒的增強(qiáng)效果不能完全的發(fā)揮。所以如何使碳納米顆粒和微米顆粒在基體金屬中均勻的分散成為了能否成功制備混雜鎂基復(fù)合材料的關(guān)鍵。為使碳化硅顆粒在鎂合金中均勻的分散，人們嘗試在制備工藝和二次變形處理上改變其分布和微觀結(jié)構(gòu)，但是還是不能很好地解決碳化硅顆粒團(tuán)聚的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有技術(shù)存在碳化硅顆粒和鎂合金的相容性不好，導(dǎo)致碳化硅顆粒極易團(tuán)聚的問題，而提供一種雙尺寸碳化硅顆粒混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法。一種雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、混合首先將納米尺度碳化硅顆粒和微米尺度的碳化硅顆粒混合均勻，得到雙尺寸碳化硅顆粒；二、攪拌、超聲波分散首先在機(jī)械攪拌條件下將雙尺寸碳化硅顆粒放入半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體里，加入雙尺寸碳化硅顆粒后繼續(xù)攪拌4mirT6min，并升溫加熱至7000C ^7200C，得到混合熔體，然后在超聲波輔助下對(duì)混合熔體進(jìn)行超聲分散，最后經(jīng)壓鑄即得到雙尺寸碳化硅顆粒混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料；步驟一中所述的納米尺度碳化硅顆粒與微米尺度的碳化硅顆粒的體積比為(5 30): I ;步驟二中所述的雙尺寸碳化硅顆粒與半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體的的體積比為I: (2 10)。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)一、本發(fā)明將納米尺度碳化硅顆粒和微米尺度的碳化硅顆粒混合均勻，得到雙尺寸碳化硅顆粒，然后利用半固態(tài)攪拌結(jié)合超生波分散技術(shù)制備復(fù)合材料將雙尺寸碳化硅顆粒均勻分散在鎂合金基體(半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體)中，可以有效的解決碳化硅顆粒在基體里均勻分散困難的問題，充分發(fā)揮顆粒增強(qiáng)效果；二、本發(fā)明制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料與鎂基體相比力學(xué)性能有顯著的增加。


圖I是力學(xué)性能柱形圖，圖中A表示AZ31鎂合金的屈服強(qiáng)度柱形圖，圖中B表示AZ31鎂合金的極限抗拉強(qiáng)度柱形圖，圖中C表示AZ31鎂合金的延伸率柱形圖，圖中A1表示試驗(yàn)一制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度柱形圖，圖中B1表示試驗(yàn)一制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的極限抗拉強(qiáng)度柱形圖，圖中C1表示試驗(yàn)一制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的延伸率柱形圖，圖中A2表示試驗(yàn) 二制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度柱形圖，圖中B2表示試驗(yàn)二制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的極限抗拉強(qiáng)度柱形圖，圖中C2表示試驗(yàn)二制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的延伸率柱形圖，圖中A3表示試驗(yàn)三制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度柱形圖，圖中B3表示試驗(yàn)三制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的極限抗拉強(qiáng)度柱形圖，圖中C3表示試驗(yàn)三制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的延伸率柱形圖。
具體實(shí)施方案具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式是一種雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、混合首先將納米尺度碳化硅顆粒和微米尺度的碳化硅顆?；旌暇鶆?，得到雙尺寸碳化硅顆粒；二、攪拌、超聲波分散首先在機(jī)械攪拌條件下將雙尺寸碳化硅顆粒放入半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體里，加入雙尺寸碳化硅顆粒后繼續(xù)攪拌4mirT6min，并升溫加熱至70(TC 720°C，得到混合熔體，然后在超聲波輔助下對(duì)混合熔體進(jìn)行超聲分散，最后經(jīng)壓鑄即得到雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料；步驟一中所述的納米尺度碳化硅顆粒與微米尺度的碳化硅顆粒的體積比為(5 30):1 ;步驟二中所述的雙尺寸碳化硅顆粒與半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體的的體積比為I: (2 10)。本實(shí)施方式將納米尺度碳化硅顆粒和微米尺度的碳化硅顆?；旌暇鶆?，得到雙尺寸碳化硅顆粒，然后利用半固態(tài)攪拌結(jié)合超生波分散技術(shù)制備復(fù)合材料將雙尺寸碳化硅顆粒均勻分散在鎂合金基體(半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體)中，可以有效的解決碳化硅顆粒在基體里均勻分散困難的問題，充分發(fā)揮顆粒增強(qiáng)效果。本實(shí)施方式制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料與鎂基體相比力學(xué)性能有顯著的增加。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同點(diǎn)是步驟一中所述的混合具體操作過程如下在機(jī)械攪拌條件下將納米尺度碳化硅顆粒和微米尺度的碳化硅顆粒攪拌混合均勻，攪拌速度為1000r/min 1400r/min,攪拌速度時(shí)間為5min 15min。其他與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一或二之一不同點(diǎn)是步驟二中所述的機(jī)械攪拌的攪拌速度為1000r/mirT!400r/min。其他與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至三之一不同點(diǎn)是步驟二中所述的半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體是采用下述操作制備的將鎂合金從室溫加熱至700°C ^720°C,完全融化后以冷卻速率為1°C /mirT3°C /min冷卻到600°C飛40°C，即得到半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體；所述的鎂合金為AZ31鎂合金和AZ31B鎂合金。其他與具體實(shí)施方式
一至三相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一至四之一不同點(diǎn)是步驟二中所述的超聲分散具體操作過程如下在超聲波功率為400W飛OOW下進(jìn)行超聲分散15min"25min。其他與具體實(shí)施方式
一至四相同。本實(shí)施方式所述的超聲分散為直接式超聲分散，即將超聲波處理探頭深入混合熔體液面以下進(jìn)行超聲分散。
采用下述試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明效果試驗(yàn)一一種雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、混合首先將納米尺度碳化娃顆粒和微米尺度的碳化娃顆粒混合均勻，得到雙尺寸碳化硅顆粒；二、攪拌、超聲波分散首先在機(jī)械攪拌條件下將雙尺寸碳化硅顆粒放入半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體里，加入雙尺寸碳化硅顆粒后繼續(xù)攪拌5min，并升溫加熱至720°C，得到混合熔體，然后在超聲波輔助下對(duì)混合熔體進(jìn)行超聲分散，最后經(jīng)壓鑄即得到雙尺寸碳化娃顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料；步驟一中所述的納米尺度碳化娃顆粒與微米尺度的碳化硅顆粒的體積比為14. 5:0. 5 ;步驟二中所述的雙尺寸碳化硅顆粒與半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體的的體積比為1:4。試驗(yàn)一步驟一中所述的混合具體操作過程如下在機(jī)械攪拌條件下將納米尺度碳化娃顆粒和微米尺度的碳化娃顆粒攪拌混合均勻，攪拌速度為1200r/min,攪拌速度時(shí)間為IOmin0試驗(yàn)一步驟二中所述的機(jī)械攪拌的攪拌速度為1200r/min。試驗(yàn)一步驟二中所述的半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體是采用下述操作制備的將AZ31鎂合金從室溫加熱至720 V，完全融化后2 V /min冷卻到620°C，即得到半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體。試驗(yàn)一步驟二中所述的超聲分散具體操作過程如下在超聲波功率為500W下進(jìn)行超聲分散20min。試驗(yàn)二 一種雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、混合首先將納米尺度碳化娃顆粒和微米尺度的碳化娃顆?；旌暇鶆?，得到雙尺寸碳化硅顆粒；二、攪拌、超聲波分散首先在機(jī)械攪拌條件下將雙尺寸碳化硅顆粒放入半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體里，加入雙尺寸碳化硅顆粒后繼續(xù)攪拌5min，并升溫加熱至720°C，得到混合熔體，然后在超聲波輔助下對(duì)混合熔體進(jìn)行超聲分散，最后經(jīng)壓鑄即得到雙尺寸碳化娃顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料；步驟一中所述的納米尺度碳化娃顆粒與微米尺度的碳化硅顆粒的體積比為14:1 ;步驟二中所述的雙尺寸碳化硅顆粒與半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體的的體積比為1:4。試驗(yàn)二步驟一中所述的混合具體操作過程如下在機(jī)械攪拌條件下將納米尺度碳化娃顆粒和微米尺度的碳化娃顆粒攪拌混合均勻，攪拌速度為1200r/min,攪拌速度時(shí)間為IOmin0試驗(yàn)二步驟二中所述的機(jī)械攪拌的攪拌速度為1200r/min。
試驗(yàn)二步驟二中所述的半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體是采用下述操作制備的將AZ31鎂合金從室溫加熱至720 V，完全融化后2 V /min冷卻到620°C，即得到半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體。試驗(yàn)二步驟二中所述的超聲分散具體操作過程如下在超聲波功率為500W下進(jìn)行超聲分散20min。試驗(yàn)三一種雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，具體是按以下步驟完成的一、混合首先將納米尺度碳化娃顆粒和微米尺度的碳化娃顆粒混合均勻，得到雙尺寸碳化硅顆粒；二、攪拌、超聲波分散首先在機(jī)械攪拌條件下將雙尺寸碳化硅顆粒放入半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體里，加入雙尺寸碳化硅顆粒后繼續(xù)攪拌5min，并升溫加熱至720°C，得到混合熔體，然后在超聲波輔助下對(duì)混合熔體進(jìn)行超聲分散，最后經(jīng)壓鑄即得到雙尺寸碳化娃顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料；步驟一中所述的納米尺度碳化娃顆粒與微米尺度的碳化硅顆粒的體積比為13. 5:1. 5 ;步驟二中所述的雙尺寸碳化硅顆粒與半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體的的體積比為1:4。
試驗(yàn)三步驟一中所述的混合具體操作過程如下在機(jī)械攪拌條件下將納米尺度碳化娃顆粒和微米尺度的碳化娃顆粒攪拌混合均勻，攪拌速度為1200r/min,攪拌速度時(shí)間為IOmin0試驗(yàn)三步驟二中所述的機(jī)械攪拌的攪拌速度為1200r/min。試驗(yàn)三步驟二中所述的半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體是采用下述操作制備的將AZ31鎂合金從室溫加熱至720 V，完全融化后2 V /min冷卻到620°C，即得到半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體。試驗(yàn)三步驟二中所述的超聲分散具體操作過程如下在超聲波功率為500W下進(jìn)行超聲分散20min。檢測(cè)AZ31鎂合金和試驗(yàn)一至試驗(yàn)三制備的雙尺寸碳化硅顆粒混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的力學(xué)性能，檢測(cè)結(jié)果如圖I所示，圖I是力學(xué)性能柱形圖，圖中A表示AZ31鎂合金的屈服強(qiáng)度柱形圖，圖中B表示AZ31鎂合金的極限抗拉強(qiáng)度柱形圖，圖中C表示AZ31鎂合金的延伸率柱形圖，圖中A1表示試驗(yàn)一制備的雙尺寸碳化硅顆粒混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度柱形圖，圖中B1表示試驗(yàn)一制備的雙尺寸碳化硅顆粒混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的極限抗拉強(qiáng)度柱形圖，圖中C1表示試驗(yàn)一制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的延伸率柱形圖，圖中A2表示試驗(yàn)二制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度柱形圖，圖中B2表示試驗(yàn)二制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的極限抗拉強(qiáng)度柱形圖，圖中C2表示試驗(yàn)二制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的延伸率柱形圖，圖中A3表示試驗(yàn)三制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度柱形圖，圖中B3表示試驗(yàn)三制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的極限抗拉強(qiáng)度柱形圖，圖中C3表示試驗(yàn)三制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的延伸率柱形圖，通過圖I可以看出試驗(yàn)一至試驗(yàn)三制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的力學(xué)性能相比于AZ31鎂合金有顯著地增強(qiáng)，然而延伸率是減少的，且從圖I中可以看出試驗(yàn)二制備的雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的力學(xué)性能最好。
權(quán)利要求
1.一種雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于一種雙尺寸碳化硅顆粒混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法是按以下步驟完成的一、混合首先將納米尺度碳化娃顆粒和微米尺度的碳化娃顆?；旌暇鶆?，得到雙尺寸碳化娃顆粒；二、攪拌、超聲波分散首先在機(jī)械攪拌條件下將雙尺寸碳化硅顆粒放入半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體里，力口入雙尺寸碳化娃顆粒后繼續(xù)攪拌4min 6min,并升溫加熱至700°C 720°C,得到混合熔體，然后在超聲波輔助下對(duì)混合熔體進(jìn)行超聲分散，最后經(jīng)壓鑄即得到雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料；步驟一中所述的納米尺度碳化硅顆粒與微米尺度的碳化硅顆粒的體積比為(5 30):1 ;步驟二中所述的雙尺寸碳化硅顆粒與半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體的的體積比為I:(2 10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙尺寸碳化硅顆粒混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的混合具體操作過程如下在機(jī)械攪拌條件下將納米尺度碳化硅顆粒和微米尺度的碳化娃顆粒攪拌混合均勻，攪拌速度為1000r/mirT!400r/min,攪拌速度時(shí)間為5min 15min。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟二中所述的機(jī)械攪拌的攪拌速度為1000r/mirT!400r/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟二中所述的半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體是采用下述操作制備的將鎂合金從室溫加熱至700°C 720°C，完全融化后以冷卻速率為1°C /mirT3°C /min冷卻到600°C "640°C,即得到半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體；所述的鎂合金為AZ31鎂合金和AZ31B鎂合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或4所述的一種雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟二中所述的超聲分散具體操作過程如下在超聲波功率為400W 600W下進(jìn)行超聲分散15mirT25min。
全文摘要
一種雙尺寸碳化硅顆?；祀s增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法，它涉及一種碳化硅顆粒增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有技術(shù)存在碳化硅顆粒和鎂合金的相容性不好，導(dǎo)致碳化硅顆粒極易團(tuán)聚的問題。方法一、混合得到雙尺寸碳化硅顆粒；二、先將雙尺寸碳化硅顆粒放入半固態(tài)狀態(tài)的鎂基體里，經(jīng)過攪拌、超聲分散和壓鑄即得到雙尺寸碳化硅顆粒混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。優(yōu)點(diǎn)一有效的解決碳化硅顆粒在基體里均勻分散困難的問題，充分發(fā)揮顆粒增強(qiáng)效果；二、力學(xué)性能顯著的增加。本發(fā)明主要用于制備雙尺寸碳化硅顆粒混雜增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料。
文檔編號(hào)C22C1/10GK102943198SQ201210516089
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者王曉軍, 沈明杰, 王乃舟, 胡小石, 吳昆 , 鄭明毅 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)