本發(fā)明屬于鋁材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種輕量化鋁基復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
：中國的汽車消費在全球占越來越大的比例。由于世界上比較有名的大公司競相進入中國市場，給國產(chǎn)汽車帶來了巨大的挑戰(zhàn)，國內(nèi)汽車行業(yè)越來越重視自主研發(fā)，尤其是汽車節(jié)能減排方向。輕量化是汽車實現(xiàn)節(jié)能減排的有效方法之一，制動盤作為對行車安全起到重要作用的零部件，其輕量化也逐步受到關(guān)注。輕量化的制動盤不僅應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性，而且要有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)及耐磨性。但是目前常用的制動盤多為整塊鑄鐵材料，在實際應(yīng)用中存在以下問題，1、質(zhì)量大，增加了汽車總重量，不利于節(jié)能減排的發(fā)展；2、耐磨性差，汽車在行駛一定里程后磨損度高，無法繼續(xù)使用；3、耐高溫性能差，在剎車過程中摩擦產(chǎn)生的熱量使是制動盤的強度發(fā)生變化，此時遇水易產(chǎn)生熱裂，安全性能變差。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種不僅具有良好的加工性能，而且具有獨特的耐磨損、耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)高，比重輕的鋁基復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種輕量化鋁基復(fù)合材料的制備方法，其制備步驟如下：步驟1，將納米二氧化硅放入無水乙醇中，攪拌均勻形成溶膠狀;步驟2，將有機硅樹脂與發(fā)泡劑加入至溶膠液中攪拌均勻，形成混合液，加入氧化鋁和鋁粉，攪拌均勻后形成懸濁濃縮液；步驟3，將懸濁濃縮液進行超聲反應(yīng)，然后放入模具中低溫固化，形成鋁結(jié)構(gòu)體；步驟4，將鋁結(jié)構(gòu)體放入馬弗爐中進行升溫?zé)Y(jié)3-5h，自然冷卻后進行醇洗，得到鋁發(fā)泡結(jié)構(gòu)；步驟5，將碳化硅粉末加入至水中，加入分散劑與酚醛樹脂形成懸濁粘稠液；步驟6，將鋁發(fā)泡結(jié)構(gòu)放入懸濁粘稠液共煮1-2h，然后取出低溫固化，反復(fù)2-3次，得到包覆鋁結(jié)構(gòu)；步驟7，將包覆鋁結(jié)構(gòu)進行活化反應(yīng)，自然冷卻后得到輕量化鋁基復(fù)合材料。所述復(fù)合材料的制備配方如下：納米二氧化硅3-8份、無水乙醇20-30份、有機硅樹脂10-15份、發(fā)泡劑5-9份、氧化鋁10-15份、鋁粉12-16份、碳化硅15-20份、水30-40份、分散劑2-4份、酚醛樹脂10-15份。所述發(fā)泡劑采用碳酸銨。所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮、甲基纖維素或羧甲基纖維素中的一種。所述步驟1中的所述的納米二氧化硅的粒徑為100-500nm，攪拌速度為100-400r/min；采用攪拌的方式能夠?qū)⒍趸璺稚⒅翢o水乙醇中，形成較為穩(wěn)定的膠狀。步驟2中的攪拌速度為均為1000-2000r/min；采用攪拌的方式能夠?qū)l(fā)泡劑與有機硅樹脂混合均勻，同時加入氧化鋁與鋁粉攪拌，能夠形成粘稠且分散性好的二氧化硅、氧化鋁和鋁粉的懸濁結(jié)構(gòu)。步驟3中的超聲反應(yīng)頻率為10-15khz，超聲反應(yīng)時間為10-30min，所述超聲反應(yīng)采用水浴超聲，所述超聲溫度為30-50℃，所述低溫固化溫度為1-5℃；采用超聲反應(yīng)能夠進行二氧化硅、氧化鋁和鋁粉的分散，同時能夠保證材料間的粘合性，采用低溫水浴超聲能夠防止無水乙醇的揮發(fā)，保證粘稠性的同時，也防止有機硅樹脂的提前固化，采用低溫固化能夠加快模具材料的固化，得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的鋁結(jié)構(gòu)體。步驟4中的升溫?zé)Y(jié)溫度為400-500℃，所述升溫?zé)Y(jié)的升溫速度為7-10℃/min，所述冷卻采用自然冷卻，所述醇洗采用無水乙醇進行浸泡洗滌；采用燒結(jié)的方式能夠保證分散性良好的二氧化硅、氧化鋁和鋁粉之間的粘結(jié)，同時燒結(jié)過程中將發(fā)泡劑和有機硅樹脂進行氧化，得到粘結(jié)結(jié)構(gòu)不錯的碳硅結(jié)構(gòu)，同時內(nèi)部形成發(fā)泡孔隙結(jié)構(gòu)。步驟6中的共煮溫度為90-110℃，所述低溫固化溫度為1-4℃；采用共煮的方式能夠?qū)覞嵴吵硪褐械奶蓟枵掣皆诮Y(jié)構(gòu)孔隙內(nèi)，并通過酚醛樹脂進行粘合反應(yīng)，得到孔隙填補效果。步驟7中的活化方式為：（1）在空氣中在250-300℃下燒結(jié)2-3h，（2）在氮氣保護下以500-700℃燒結(jié)2-4h；采用高溫活化的方式能夠?qū)⒎尤渲D(zhuǎn)化為碳纖維，并且在碳化硅、二氧化硅、氧化鋁和鋁屑間起到連接作用，形成結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)固的復(fù)合材料。本發(fā)明中，以鋁屑和氧化鋁為原料，制備得到鋁基復(fù)合材料，制備思路為：將鋁屑和氧化鋁溶解至納米二氧化硅的溶膠液中形成穩(wěn)定的懸濁液，然后超聲反應(yīng)與低溫固化，經(jīng)燒結(jié)得到鋁發(fā)泡結(jié)構(gòu)體，在經(jīng)碳化硅的酚醛樹脂懸濁液中浸泡多次，最后低溫固化后活化得到鋁基復(fù)合材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點：1）以鋁屑和氧化鋁為原料，制備得到鋁基復(fù)合材料，徹底解決了耐高溫性能差，遇水易產(chǎn)生熱裂，安全性能變差的問題；制備方法簡單，有利于進行批量化生產(chǎn)，且生產(chǎn)成本低；制備出的復(fù)合材料具有耐磨性好，質(zhì)量輕的特點；2）本發(fā)明的鋁基復(fù)合材料不僅具有良好的加工性能，而且具有獨特的耐磨損、耐高溫、導(dǎo)熱系數(shù)高，比重輕。3）本發(fā)明的鋁基復(fù)合材料可以減輕整車的總重量，大大加速汽車輕量化的進程，起到節(jié)能減排的效果。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例1：一種輕量化鋁基復(fù)合材料的制備方法，其制備步驟如下：步驟1，將納米二氧化硅放入無水乙醇中，攪拌均勻形成溶膠狀;步驟2，將有機硅樹脂與發(fā)泡劑加入至溶膠液中攪拌均勻，形成混合液，加入氧化鋁和鋁粉，攪拌均勻后形成懸濁濃縮液；步驟3，將懸濁濃縮液進行超聲反應(yīng)，然后放入模具中低溫固化，形成鋁結(jié)構(gòu)體；步驟4，將鋁結(jié)構(gòu)體放入馬弗爐中進行升溫?zé)Y(jié)3h，自然冷卻后進行醇洗，得到鋁發(fā)泡結(jié)構(gòu)；步驟5，將碳化硅粉末加入至水中，加入分散劑與酚醛樹脂形成懸濁粘稠液；步驟6，將鋁發(fā)泡結(jié)構(gòu)放入懸濁粘稠液共煮1h，然后取出低溫固化，反復(fù)2次，得到包覆鋁結(jié)構(gòu)；步驟7，將包覆鋁結(jié)構(gòu)進行活化反應(yīng)，自然冷卻后得到輕量化鋁基復(fù)合材料。所述復(fù)合材料的制備配方如下：納米二氧化硅3份、無水乙醇20份、有機硅樹脂10份、發(fā)泡劑5份、氧化鋁10份、鋁粉12份、碳化硅15份、水30份、分散劑2份、酚醛樹脂10份。所述發(fā)泡劑采用碳酸銨。所述分散劑采用聚乙烯吡咯烷酮。所述步驟1中的所述的納米二氧化硅的粒徑為100nm，攪拌速度為100r/min。步驟2中的攪拌速度為均為1000r/min。步驟3中的超聲反應(yīng)頻率為10khz，超聲反應(yīng)時間為10min，所述超聲反應(yīng)采用水浴超聲，所述超聲溫度為30℃，所述低溫固化溫度為1℃。步驟4中的升溫?zé)Y(jié)溫度為400℃，所述升溫?zé)Y(jié)的升溫速度為7℃/min，所述冷卻采用自然冷卻，所述醇洗采用無水乙醇進行浸泡洗滌。步驟6中的共煮溫度為90℃，所述低溫固化溫度為1℃。步驟7中的活化方式為：（1）在空氣中在250℃下燒結(jié)2h，（2）在氮氣保護下以500℃燒結(jié)2h。實施例2：一種輕量化鋁基復(fù)合材料的制備方法，其制備步驟如下：步驟1，將納米二氧化硅放入無水乙醇中，攪拌均勻形成溶膠狀;步驟2，將有機硅樹脂與發(fā)泡劑加入至溶膠液中攪拌均勻，形成混合液，加入氧化鋁和鋁粉，攪拌均勻后形成懸濁濃縮液；步驟3，將懸濁濃縮液進行超聲反應(yīng)，然后放入模具中低溫固化，形成鋁結(jié)構(gòu)體；步驟4，將鋁結(jié)構(gòu)體放入馬弗爐中進行升溫?zé)Y(jié)5h，自然冷卻后進行醇洗，得到鋁發(fā)泡結(jié)構(gòu)；步驟5，將碳化硅粉末加入至水中，加入分散劑與酚醛樹脂形成懸濁粘稠液；步驟6，將鋁發(fā)泡結(jié)構(gòu)放入懸濁粘稠液共煮2h，然后取出低溫固化，反復(fù)3次，得到包覆鋁結(jié)構(gòu)；步驟7，將包覆鋁結(jié)構(gòu)進行活化反應(yīng)，自然冷卻后得到輕量化鋁基復(fù)合材料。所述復(fù)合材料的制備配方如下：納米二氧化硅8份、無水乙醇30份、有機硅樹脂15份、發(fā)泡劑9份、氧化鋁15份、鋁粉16份、碳化硅20份、水40份、分散劑4份、酚醛樹脂15份。所述發(fā)泡劑采用碳酸銨。所述分散劑采用甲基纖維素。所述步驟1中的所述的納米二氧化硅的粒徑為500nm，攪拌速度為400r/min。步驟2中的攪拌速度為均為2000r/min。步驟3中的超聲反應(yīng)頻率為15khz，超聲反應(yīng)時間為30min，所述超聲反應(yīng)采用水浴超聲，所述超聲溫度為50℃，所述低溫固化溫度為5℃。步驟4中的升溫?zé)Y(jié)溫度為500℃，所述升溫?zé)Y(jié)的升溫速度為10℃/min，所述冷卻采用自然冷卻，所述醇洗采用無水乙醇進行浸泡洗滌。步驟6中的共煮溫度為110℃，所述低溫固化溫度為4℃。步驟7中的活化方式為：（1）在空氣中在300℃下燒結(jié)3h，（2）在氮氣保護下以700℃燒結(jié)4h。實施例3：一種輕量化鋁基復(fù)合材料的制備方法，其制備步驟如下：步驟1，將納米二氧化硅放入無水乙醇中，攪拌均勻形成溶膠狀;步驟2，將有機硅樹脂與發(fā)泡劑加入至溶膠液中攪拌均勻，形成混合液，加入氧化鋁和鋁粉，攪拌均勻后形成懸濁濃縮液；步驟3，將懸濁濃縮液進行超聲反應(yīng)，然后放入模具中低溫固化，形成鋁結(jié)構(gòu)體；步驟4，將鋁結(jié)構(gòu)體放入馬弗爐中進行升溫?zé)Y(jié)4h，自然冷卻后進行醇洗，得到鋁發(fā)泡結(jié)構(gòu)；步驟5，將碳化硅粉末加入至水中，加入分散劑與酚醛樹脂形成懸濁粘稠液；步驟6，將鋁發(fā)泡結(jié)構(gòu)放入懸濁粘稠液共煮2h，然后取出低溫固化，反復(fù)3次，得到包覆鋁結(jié)構(gòu)；步驟7，將包覆鋁結(jié)構(gòu)進行活化反應(yīng)，自然冷卻后得到輕量化鋁基復(fù)合材料。所述復(fù)合材料的制備配方如下：納米二氧化硅6份、無水乙醇25份、有機硅樹脂13份、發(fā)泡劑7份、氧化鋁13份、鋁粉14份、碳化硅18份、水35份、分散劑3份、酚醛樹脂13份。所述發(fā)泡劑采用碳酸銨。所述分散劑采用羧甲基纖維素。所述步驟1中的所述的納米二氧化硅的粒徑為300nm，攪拌速度為300r/min。步驟2中的攪拌速度為均為1500r/min。步驟3中的超聲反應(yīng)頻率為13khz，超聲反應(yīng)時間為20min，所述超聲反應(yīng)采用水浴超聲，所述超聲溫度為35℃，所述低溫固化溫度為3℃。步驟4中的升溫?zé)Y(jié)溫度為450℃，所述升溫?zé)Y(jié)的升溫速度為8℃/min，所述冷卻采用自然冷卻，所述醇洗采用無水乙醇進行浸泡洗滌。步驟6中的共煮溫度為100℃，所述低溫固化溫度為3℃。步驟7中的活化方式為：（1）在空氣中在280℃下燒結(jié)3h，（2）在氮氣保護下以600℃燒結(jié)3h。實施例1-3的實施例測試效果如下：實施例1實施例2實施例3對比例彎曲強度20.3mpa22.2mpa23.7mpa18.7mpa拉伸強度24.6mpa27.3mpa28.1mpa22.3mpa減重比例8.2%8.8%9.7%導(dǎo)熱系數(shù)860w/m·k834w/m·k930w/m·k80w/m·k上述的對實施例的描述是為便于該
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁12