一种陶瓷颗粒选择性增强铝基复合材料的制备方法

摘要

一种陶瓷颗粒选择性增强铝基复合材料的制备方法，属于金属基复合材料领域。制备方法：第一步是制备多孔陶瓷坯体；第二步是将多孔陶瓷坯体放置在需要增强的部位，在750~1100℃将熔融铝合金注入模具中，施加20~50MPa的压力强制熔融铝合金填充多孔陶瓷坯体和模腔，凝固后就得到选择性增强的铝基复合材料。本发明的优点是将发泡技术与注射成形和凝胶注模工艺相结合，使多孔陶瓷坯体具有可设计性。采用挤压铸造工艺实现了金属基复合材料（MMC）增强体和铝基体的一体化成形，充分发挥了铝基体高强高韧和MMC增强体耐磨性优异的优点。所得的复合材料热导率高、散热能力良好、耐磨性优异、并且重量轻。

主权项

一种陶瓷颗粒选择性增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于：制备方法分为两个步骤：步骤一是多孔陶瓷坯体的制备；步骤二是挤压铸造，一体化成形；步骤一、多孔陶瓷坯体的制备多孔陶瓷坯体采用“添加造孔剂+注射成形法”或“添加造孔剂+凝胶注模法”来制备：1）添加造孔剂+注射成形法多孔陶瓷坯体的主要原料为粒径为10～106μm的SiC粉末，采用纯度大于98%的Al2O3、Y2O3和SiO2粉末作为烧结助剂，用粒径为100‑600μm的聚甲基丙烯酸甲脂充当造孔剂，还添加多聚物组元石蜡基粘结剂；首先将Al2O3、Y2O3和SiO2粉末按6:3:1的重量比混合均匀后制得Al2O3‑Y2O3‑SiO2烧结助剂；然后在SiC粉末中添加SiC粉末重量的5～30%的Al2O3‑Y2O3‑SiO2烧结助剂和1～5%的无机粘结剂，得到混合粉末A；在混合粉末A中添加A体积的10～40%的造孔剂聚甲基丙烯酸甲脂得到混合粉末B；将混合粉末B在球磨机上以150～250转/分的速度混合8～24小时，向混合均匀的粉末B中加入多聚物组元石蜡基粘结剂后在双辊挤压机上进行混炼而得到均匀喂料，其中粉末B占喂料体积的50～68%；将该喂料在粉末注射成形机上以145～175℃的注射温度和75～125MPa的注射压力成形，得到所需形状的预成型坯；预成型坯先在三氯乙烯溶液中进行溶剂脱脂以脱除部分粘结剂后，然后以0.5～5℃/分的速度升温到400～800℃以去除大部分粘结剂和造孔剂，最后于1200～1700℃的温度下在真空气氛或空气气氛中进行烧结，从而得到多孔陶瓷坯体；2）添加造孔剂+凝胶注模法采用水基丙烯酰胺凝胶体系对陶瓷粉末进行凝胶注模成形，通过调节造孔剂的添加量来控制孔隙度；首先将丙烯酰胺和N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺按质量比为10:1～40:1进行配比，并按总的质量浓度为10%～30%溶于去离子水中制成均一透明的预混液，然后向预混液中加入步骤1）得到的混合粉末B、混合粉末B体积的0.1%～5%的氨水和混合粉末B体积的0.05%～3%的异辛醇后进行搅拌混合，在N2保护气氛下球磨8～24h获得悬浮浆料；经过真空除泡后，将浆料注入模具并于40℃～80℃保温使凝胶反应充分进行，浆料固化成为所需形状和尺寸的坯体，该坯体再经过真空恒温干燥后获得预成型坯；预成型坯以30℃/小时的速度升温到400～800℃以去除粘结剂和造孔剂，然后于1200～1700℃的温度下在真空或空气气氛中烧结，从而得到多孔陶瓷坯体；步骤二、挤压铸造一体化成形选用高强铝合金采用挤压成形‑挤压铸造一体化成形技术来制备陶瓷颗粒选择性增强铝基复合材料；所选用的高强铝合金成分重量百分含量为：6.5～8%的Si、3.5～4.5%的Cu和余量的Al或者重量百分含量为6～9%的Zn、1～3%的Mg、1～3%的Cu和余量的Al；首先将多孔陶瓷坯体放置在需要增强的部位，随后在750～1100℃的温度范围内将熔融高强铝合金缓慢注入模具中；在20～50MPa的压力下强制熔融高强铝合金填充多孔陶瓷坯体和模腔，浸渗后的陶瓷坯体和铝合金在压力的作用下结合为一个整体。