一種高體積分數(shù)顆粒增強鋁基復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種復合材料技術領域的制備方法，具體地說，是一種高體積分數(shù)顆粒增強鋁基復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]高體積分數(shù)顆粒增強鋁基復合材料具有高比模量和低熱膨脹系數(shù)，在航空航天、國防、工業(yè)等領域有著廣泛的應用。傳統(tǒng)的高體積分數(shù)顆粒鋁基復合材料的制備方法是將增強顆粒與鋁合金粉末經過混粉、冷壓，燒結和致密化制備而成，或者是將鋁合金，通過擠壓浸滲或氣壓浸滲的方法滲入增強顆粒預制塊中制備而成。這兩種方法存在著工藝步驟復雜，設備要求高，界面反應難以控制等缺陷，不利于推廣應用。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種高體積分數(shù)顆粒增強鋁基復合材料的制備方法。該方法是采用真空等溫擠壓浸滲技術制備高體積分數(shù)顆粒增強鋁基復合材料，這種制備方法具有設備簡單，操作方便的優(yōu)點，適于大規(guī)模的工業(yè)生產，具有很好的推廣價值。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明涉及一種高體積分數(shù)顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
[0006]將陶瓷顆粒在模具中壓制成預制塊，加熱預制塊、模具；
[0007]將鋁合金熔體倒入模具中，使模具、預制塊、鋁合金熔體保持相同溫度，對所述鋁合金熔體施加壓力，同時對所述預制塊抽氣，使鋁合金熔體滲入預制塊的孔隙；
[0008]浸滲結束后，移除加熱裝置，待滲入預制塊的孔隙的鋁合金熔體緩慢凝固，即得所述高體積分數(shù)顆粒增強鋁基復合材料。
[0009]作為優(yōu)選方案，所述壓制采用的壓力為20?80MPa。更優(yōu)選為20?70MPa。
[0010]作為優(yōu)選方案，所述預制塊、模具的加熱溫度為720?780°C。
[0011]作為優(yōu)選方案，所述倒入模具中的鋁合金熔體的溫度為720?780°C。
[0012]作為優(yōu)選方案，所述對鋁合金熔體施加的壓力為10?50MPa。
[0013]作為優(yōu)選方案，所述對預制塊抽氣的抽氣速率為10?501/s。
[0014]作為優(yōu)選方案，所述鋁合金熔體滲入預制塊的孔隙的浸滲時間為10?30min。
[0015]作為優(yōu)選方案，所述陶瓷顆粒選自SiC陶瓷粉末、TiC陶瓷粉末、1182陶瓷粉末；所述陶瓷顆粒的粒徑為I?2000 μ m。
[0016]本發(fā)明還涉及一種本發(fā)明的高體積分數(shù)顆粒增強鋁基復合材料的制備方法的專用設備，所述設備包括上壓頭1、模具外筒2、加熱裝置4、底板5、下墊塊7、抽氣管8;所述模具外筒2和下墊塊7可拆卸地安裝于底板5上形成型腔，所述上壓頭I活動設置于所述型腔內，所述加熱裝置4設置在模具腔外周，所述抽氣管8貫穿底板5和下墊塊7與模具腔相通。
[0017]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0018]1、本發(fā)明利用模具、預制塊、鋁合金熔體等溫的特點，保證鋁熔體在浸滲過程中具有良好的流動性，使其充分浸滲入陶瓷粉末預制塊的孔隙中，同時在預制塊下部抽氣，排出預制塊中的氣體，在孔隙處形成真空，有利于浸滲過程的進行。
[0019]2、本發(fā)明不局限于形狀簡單(圓柱形)的模具，可用于形狀復雜的模具，制備具有復雜形狀的鋁基復合材料。
[0020]3、本發(fā)明無需外加真空容器，極大的簡化了設備，降低了復合材料制備成本，便于操作，有利于大規(guī)模生產。
[0021]4、本發(fā)明的制備方法設備簡單，操作方便，制備的復合材料具有良好的剛度和低熱膨脹系數(shù)，可以廣泛應用于航空航天、汽車等領域。
【附圖說明】
[0022]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯:
[0023]圖1為用于制備高體積分數(shù)顆粒增強鋁基復合材料的專用設備結構示意圖；
[0024]其中，I為上壓頭、2為模具外筒、3為鋁合金熔體、4為加熱裝置、5為底板、6為陶瓷粉末、7為下墊塊、8為抽氣管。
【具體實施方式】
[0025]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
[0026]實施例1
[0027]本實施例涉及一種高體積分數(shù)顆粒增強鋁基復合材料的制備方法及其專用設備。所述專用設備的結構示意圖如圖1所示，包括上壓頭1、模具外筒2、加熱裝置4、底板5、下墊塊7、抽氣管8 ;所述模具外筒2和下墊塊7可裝配于底板5上形成模具腔，所述上壓頭I可沿模具腔內側壁向下運動，所述加熱裝置4設置在模具腔外周，所述抽氣管8貫穿底板5和下墊塊7與模具腔相通。
[0028]本實施例的高體積分數(shù)顆粒增強鋁基復合材料的制備過程如下:
[0029]將模具外筒5和下墊塊7裝配于底板5上，形成模具腔；將500g SiC陶瓷粉末6(粒徑為100?800 μ m)倒入模具腔中，上壓頭I向下運動，對粉末施加20MPa的壓力，使粉末壓實，形成預制塊；開啟加熱裝置4 (加熱爐)，對模具外筒5、陶瓷粉末預制塊、下墊塊7、上壓頭I進行加熱，使其溫度保持在720V ;將500g A356鋁合金熔化，并加熱到720°C?？焖偬鹕蠅簤K9，將鋁合金熔體3倒入預制塊上部；繼續(xù)對模具外筒5、陶瓷粉末預制塊、下墊塊7、壓頭1、鋁合金熔體加熱，使其溫度在整個浸滲過程中保持在720°C ;通過抽氣管8對預制塊進行真空抽氣，抽氣速率為101/s，同時上壓頭I向下運動，對鋁合金熔體施加1MPa的壓力，使銷合金恪體滲入預制塊。浸滲1min后，移除加熱爐，使復合材料緩慢凝固；卸除模具，得到體積分數(shù)為60%的SiC顆粒增強A356鋁基復合材料。
[0030]實施例2
[0031]本實施例涉及一種高體積分數(shù)顆粒增強鋁基復合材料的制備方法及其專用設備。所述專用設備的結構示意圖如圖1所示，包括上壓頭1、模具外筒2、加熱裝置4、底板5、下墊塊7、抽氣管8 ;所述模具外筒2和下墊塊7可裝配于底板5上形成模具