一種使用SiC-Si燒結塊製備SiC增強熔煉鋁合金的方法

2023-04-24 23:14:11 2

專利名稱：一種使用SiC-Si燒結塊製備SiC增強熔煉鋁合金的方法
技術領域：
本發明屬於鋁基 複合材料技術領域，具體涉及一種使用SiC-Si燒結塊製備SiC增強熔煉鋁合金的方法。
背景技術：
SiC由於其優異的高溫強度和高溫抗氧化性能，是複合材料的首選增強體。顆粒增強鋁基複合材料可用來製造衛星及航天用結構材料、飛機零部件、金屬鏡光學系統、汽車零部件，此外還可以用來製造微波電路插件、慣性導航系統的精密零件、渦輪增壓推進器、電子分裝器件等。目前該複合材料的製備多採用粉末冶金的方法。但粉末冶金法製造工藝及裝備複雜，生產成本高，工藝流程長。因此熔煉法製備顆粒增強鋁基複合材料依然是目前研究的熱點。現有的熔煉法鋁基複合材料製備中，是將顆粒增強物直接加入到熔融的鋁合金中，通過一定的攪拌使顆粒均勻地分散在基體熔體中，複合成顆粒增強鋁基複合材料。該方法工藝簡單、生產效率高、製造成本低廉。它是目前工業化規模生產鋁基複合材料最主要的方法。但是，液態金屬攪拌鑄造法中增強顆粒與金屬熔液浸潤性差，不宜進入金屬或在金屬中容易團聚和聚集，同時強烈的攪拌容易造成金屬液的氧化和大量吸氣。

發明內容
本發明的目的在於克服現有鋁基複合材料製備中增強體團聚和分散不均勻而存在的瓶頸現象，提供一種使增強體彌散分布的實用且簡單的可供工業化規模生產SiC增強鋁基複合材料的新方法。使用SiC-Si混合粉末燒結坯直接投入到Al熔液中，通過Si包裹 SiC的加入，使得SiC能夠自己分散均勻，從而形成具有彌散分布增強體的SiC顆粒增強鋁基複合材料。該複合工藝簡單、時間短、增強體分布均勻，適用於工業規模。為實現上述目的，本發明採用的技術方案如下
本發明的使用SiC-Si燒結塊製備SiC增強熔煉鋁合金的方法，先使SiC和Si混合均勻並燒結為坯料，然後投入熔融的Al液中，從而得到均勻彌散的SiC增強鋁基複合材料。具體方法如下
(1)根據鋁基複合材料中所要加入SiC的體積分數，稱量SiCdf150目以上的SiC和 Si粉按體積比1-5 1混合均勻並壓製成坯料；
(2)將該坯料在1420-1550°C下燒結，燒結氣氛為真空，真空度為彡10_2Pa；燒結溫度為 1420-1550°C，燒結時間為0. 5-1小時，保溫30分鐘，然後隨爐冷卻，拿出坯料；
(3)將該坯料投入熔融的Al液中，坯料與Al液的比例依據SiC的體積分數而不同，進行輕微攪拌，熔體在850°C保溫5 10分鐘後澆鑄，從而形成鋁基複合材料。壓制時，可添加5%以下的成型劑，所述的成型劑為酒精或甘油或酚醛樹脂。本發明通過先使SiC和Si燒結成坯料的方式，使被Si包裹的SiC添加到Al的熔體中，從而形成SiC增強鋁基複合材料的方法，具有工藝簡單，增強體彌散且分布均勻的特點，是一種可供工業化規模製備鋁基複合材料的方法。
具體實施例方式實施例1
將體積分數為15%、粒度為200目的β-SiC粉和同樣體積分數的、粒度為300目的Si 粉在滾筒式混料機裡進行混合，混料時間為3小時。然後將混合好的粉末取出，加入體積分數為3%的甘油混合均勻。在IMPa的壓力下壓製成型為圓柱狀。

將上述壓坯移至真空燒結爐中進行燒結，升溫速度為20°C /min，在1480°C保溫30 分鐘，然後隨爐冷卻。根據需要，真空爐中可一次放入很多塊這樣的坯料進行燒結。然後將該燒結坯投入到850°C熔化的Al液中，略加攪拌，靜置5分鐘，然後澆鑄。所得複合材料中，SiC均勻彌散。測得該複合材料抗拉強度為200-400Mpa。實施例2
將體積分數為30%、粒度為200目的β -SiC粉和體積分數為10%、粒度為300目的Si 粉在滾筒式混料機裡進行混合，混料時間為3小時。然後將混合好的粉末取出，加入體積分數為3%的甘油混合均勻。在IMPa的壓力下壓製成型為圓柱狀。將上述壓坯移至真空燒結爐中進行燒結，升溫速度為20°C /min，在1420°C保溫60 分鐘，然後隨爐冷卻。根據需要，真空爐中可一次放入很多塊這樣的坯料進行燒結。然後將該燒結坯投入到850°C熔化的Al液中，略加攪拌，靜置10分鐘，然後澆鑄。所得複合材料中，SiC均勻彌散。測得該複合材料抗拉強度為200-400Mpa。實施例3
將體積分數為50%、粒度為200目的β -SiC粉和體積分數為10%、粒度為300目的Si 粉在滾筒式混料機裡進行混合，混料時間為3小時。然後將混合好的粉末取出，加入體積分數為3%的甘油混合均勻。在IMPa的壓力下壓製成型為圓柱狀。將上述壓坯移至真空燒結爐中進行燒結，升溫速度為20°C /min，在1550°C保溫45 分鐘，然後隨爐冷卻。根據需要，真空爐中可一次放入很多塊這樣的坯料進行燒結。然後將該燒結坯投入到850°C熔化的Al液中，略加攪拌，靜置10分鐘，然後澆鑄。所得複合材料中，SiC均勻彌散。測得該複合材料抗拉強度為200-400Mpa。
權利要求
1.一種使用SiC-Si燒結塊製備SiC增強熔煉鋁合金的方法，其特徵在於先使SiC和 Si混合均勻並燒結為坯料，然後投入熔融的Al液中，從而得到均勻彌散的SiC增強鋁基複合材料。
2.根據權利要求1所述的使用SiC-Si燒結塊製備SiC增強熔煉鋁合金的方法，其特徵在於具體方法如下(1)將150目以上的SiC粉和Si粉按體積比1-51混合均勻並壓製成坯料；(2)將該坯料在1420-1550°C下燒結，燒結氣氛為真空，真空度>KT2Pa ；燒結時間為 0. 5-1小時，保溫30分鐘，然後隨爐冷卻，拿出坯料；(3)將該坯料投入熔融的Al液中，進行輕微攪拌，熔體在850°C保溫5 10分鐘後澆鑄， 從而形成鋁基複合材料。
3.根據權利要求2所述的使用SiC-Si燒結塊製備SiC增強熔煉鋁合金的方法，其特徵在於所述步驟(1)中壓制時，添加佔混合料體積0. 5-5%的成型劑，所述的成型劑為酒精或甘油或酚醛樹脂中的任意一種。
全文摘要
一種使用SiC-Si燒結塊製備SiC增強熔煉鋁合金的方法，先使SiC和Si混合均勻並燒結為坯料，然後投入熔融的Al液中，從而得到均勻彌散的SiC增強鋁基複合材料。本發明中，SiC增強體的加入為通過Si包裹帶人Al熔體中；通過先使SiC和Si燒結成坯料的方式，使被Si包裹的SiC添加到Al的熔體中，從而形成SiC增強鋁基複合材料的方法，具有工藝簡單，增強體彌散且分布均勻的特點，是一種可供工業化規模製備鋁基複合材料的方法。
文檔編號C22C32/00GK102382999SQ201110380660
公開日2012年3月21日 申請日期2011年11月25日 優先權日2011年11月25日
發明者張小立 申請人:中原工學院