硅铝双连续复合材料及其制备方法

摘要

双连续复合材料由于其特殊的互穿网络结构而具有优异的综合性能。本发明针对具有广阔应用前景的中高体分硅铝材料，实现了一种硅铝双连续复合材料及其粉末冶金制备工艺。此工艺克服了铸造法和液相浸渗法中硅过分长大、材料不均匀、不致密的不足，制备出了成分、相尺寸、微观组织可控的双连续复合材料。通过选择合理的成分及粉末粒度配比实现了硅铝两相的均匀混合；铝合金的合金元素采用元素粉末直接混合的办法加入。在恰当的温度范围内使坯锭完全致密化，通过硅原子的扩散使得硅粉颗粒相互连接，与铝合金互相穿插形成双连续复合材料。该工艺制备的复合材料中硅含量为40vol.％～80vol.％，复合材料完全致密，组织均匀。复合材料具有优异的综合性能，适用于各种常规的机加工手段。

主权项

一种硅铝双连续复合材料的制备方法，其特征是，采用粉末冶金工艺制备硅含量为40vol.％～80vol.％，铝合金含量为20vol.％～60vol.％的复合材料坯锭，具体实施步骤包括：(1)将纯铝粉、纯铜粉和纯镁粉按照纯铜粉占上述三种混合粉末的质量分数2wt.％～4.5wt.％和纯镁粉占上述三种混合粉末的质量分数0wt.％～1.5wt.％的比例均匀混合制成铝铜或铝铜镁混合粉末，再将铝铜或铝铜镁混合粉末与硅粉按照铝铜或铝铜镁混合粉末与硅粉的质量比1∶0.56～3.4均匀混合制成铝铜硅或铝铜镁硅混合粉末，以使硅的体积分数为40vol.％～80vol.％；其中，所述的硅粉经过表面处理，使硅粉颗粒表面形成一层薄膜；在铝铜硅混合粉末或铝铜镁硅混合粉末中，所有硅粉颗粒的表面积之和与所有纯铝粉颗粒的表面积之和的比值为0.5～2，该表面积之和的比值根据硅粉和纯铝粉的体积分数、硅粉颗粒的平均粒径、纯铝粉颗粒的平均粒径估算得出，其中，颗粒表面积之和标记为A，颗粒体积分数标记为V，颗粒平均粒径标记为d，则表面积之和的比值根据以下公式估算得出：$\frac{A_{\mathrm{Si}}}{A_{\mathrm{Al}}}=\frac{V_{\mathrm{Si}}/d_{\mathrm{Si}}}{V_{\mathrm{Al}}/d_{\mathrm{Al}}};$(2)将混合粉末进行冷等静压成型，制成冷等静压成型的坯锭；所述的冷等静压成型的压力为90～200MPa，冷等静压成型的时间为10～30分钟，冷等静压成型得到的冷压坯相对致密度为55vol.％～80vol.％；(3)将冷等静压成型的坯锭进行高温除气处理；将冷等静压成型的坯锭封装入金属包套中进行高温除气处理，除气温度为505℃～600℃，除气时间为10～100小时；(4)将冷等静压成型并高温除气后的坯锭进行热等静压致密化，得到完全致密的复合材料坯锭；热等静压温度为505℃～600℃，热等静压压力为40～150MPa，保温保压时间为1～5小时；(5)将热等静压致密化的复合材料坯锭经常规机械加工形成复合材料零部件。