[发明专利]高强度层状Al基金属陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新材料制备领域的材料及其制备方法，更确切地说，本发明涉及高强度层状Al基金属陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

金属基复合材料具有高的比强度、比模量，良好的耐磨、耐热性、导电性、导热性及低的热膨胀系数，广泛应用于航空航天、汽车机械、电子工业以及国防军工等领域，但由于脆性陶瓷增强体的加入使复合材料的塑性和韧性均有不同程度的下降，而且二次加工困难。为了提高复合材料的强度和韧性，仿造大自然中贝壳的精细层状结构赋予的高强度、高韧性和高抗裂纹阻力，近几年来人们开始关注并制备层状仿贝壳结构复合材料。

层状仿贝壳结构金属基复合材料的制备一般由两个步骤来实现，即层状陶瓷坯体的制备和合金的浸渗。冷冻铸造法（又称冰模板法）是制备仿贝壳层状结构多孔陶瓷最有效的一种方法。美国加州大学Deville等人利用该方法制备了Al₂O₃多孔陶瓷(Ice-templated porous alumia structure，Acta Materials，2007年55卷6期P1965-1974)。中国发明专利公告号为CN101423378，公告日为2009.05.06，专利号为ZL200810234358.5，发明创造名称为“具有定向孔隙结构多孔陶瓷的制备方法”，发明人为董寅生的专利也曾报道冷冻铸造制备多孔层状陶瓷。但到目前，国内外制备层状结构金属基复合材料的工作尚较为少见。美国Launey等人利用冷冻铸造法获得了Al₂O₃多孔陶瓷，并通过真空压力浸渗法制备了Al-Si/Al₂O₃复合材料(A novel biomimetic approach to the design of high-perfrmance ceramic-matal composites，Journal of The Royal Society Interface，2010年7卷46期P741-753)。德国Karlsruhe大学的Roy等人通过挤压铸造法将Al-12Si合金渗入到冷冻铸造法制备的多孔Al₂O₃坯体中，获得了Al-Si/Al₂O₃层状结构复合材料(Metal/ceramic composites from freeze-cast ceramic preforms:Domain structure and elastic properties，Composites Science and Technology，2008年68卷5期P1136-1143)。上述方法的特点是都使用亚微米级（300～700nm）的Al₂O₃陶瓷颗粒，且均采用压力浸渗的方法将Al-Si合金渗入到冷冻铸造的多孔Al₂O₃陶瓷坯体中。亚微米级陶瓷粉体价格昂贵，采用压力浸渗法对设备的要求高，经济成本高。从文献检索知，目前国内外尚未见到有利用冷冻铸造法和无压浸渗法制备层状结构金属基复合材料的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的复合材料制备成本高、操作繁琐、增强体陶瓷种类单一、强度低的问题，提供了高强度层状仿贝壳结构的Al-Si-Mg/(Al₂O₃、SiC、TiC)复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的高强度层状Al基金属陶瓷复合材料是指高强度层状结构Al-Si-Mg/Al₂O₃复合材料、高强度层状结构Al-Si-Mg/SiC复合材料与高强度层状结构Al-Si-Mg/TiC复合材料；

高强度层状Al基金属陶瓷复合材料包括陶瓷粉与Al-Si-Mg合金；

高强度层状Al基金属陶瓷复合材料中陶瓷粉的体积分数为20%～40vol%；Al-Si-Mg合金体积分数为80%～60vol%，Al-Si-Mg合金中所含铝的质量比为75～84wt%，所含硅的质量比为10～15wt%，所含镁的质量比为6～10wt%。

技术方案中所述的陶瓷粉包括固相陶瓷Al₂O₃粉、固相陶瓷SiC粉与固相陶瓷TiC粉，三种陶瓷粉颗粒直径均为1～10μm。