[发明专利]碳化硅陶瓷纤维/粒子强化金属基复合材料的制备方法

说明书

本分案申请涉及碳化硅陶瓷纤维/粒子强化金属基复合材料的制备方法，添加Al粒子与熔融态Al‑基合金互溶，与传统的固相法、液相法相比具有低成本，效率高等优点。有效的控制了SiC/Al之间的界面反应的生成。复合材料在摩擦时，薄膜状的界面生成物可以组织裂纹地扩散，增强了强化材料与基体之间的结合力，提高了材料的耐磨性能。本发明制备的碳化硅陶瓷纤维/粒子强化金属基复合材料与现有的金属基复合材料相比，材料的耐磨性能更优异，具有广泛的应用前景。

本申请为申请号为2017103685184、申请日为2017年5月22日、发明名称为“低压加压法制作SiC陶瓷纤维/粒子强化Al-基合金复合材料”的分案申请。

技术领域

本发明涉及低压下制作SiC陶瓷纤维/粒子强化金属基复合材料，特别是强化Al-基合金复合材料。

背景技术

近年来，金属基复合材料(Metal Material Composite:MMC)因其具有高比强度、比模量以及耐磨等优点使其在机车、航空等领域上得到了广泛的应用。而随着金属基复合材料的问世，各种制作工艺如高压加压铸造法和粉末冶金法等技术被开发了出来。然而这两种方法均存在缺陷。

碳化硅(SiC)由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料用外，还有很多其他用途，因其具有高强度，高模量的性能被机车、航空领域得到认可。在日本丰田汽车的刹车盘上SiC粒子强化金属合金复合材料已得到了应用。但是，目前的研究中Al-基合金与SiC在高温下将发生界面反应，而一般情况下发生界面反应对材料的机械性能起到负作用，界面反应的种类越多，对机械性能的负面影响越大，违背添加刚性粒子提高金属合金机械性能的初衷。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明通过低压加压法(Low pressureinfiltration:LPI)制备SiC陶瓷纤维/粒子强化Al-基合金复合材料，铸造时间短，通过抑制SiC/Al之间的界面反应，使合金表面形成薄膜，阻止裂纹的扩散，提高了强化材料和基材的结合力使之复合材料的机械性、耐磨性得到提高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

SiC陶瓷纤维/粒子强化Al-基合金复合材料制备方法如下：

(1)向装有乙醇的烧杯中加入粘合剂，待粘合剂完全溶解后添加纯Al粒子、SiC粒子和SiC纤维，使液体与SiC纤维/粒子均匀附着；

(2)将步骤(1)所得试料放入试管内，同时压缩试管两端，制成高度为1～2cm圆柱体，将圆柱体放置在773K电炉内加热，使粘合剂全分解后取出，得到SiC陶瓷胚体；

(3)将陶瓷珠粒，SiC陶瓷胚体和Al-基合金从下往上依次排列放置在开口直径0.5～0.8mm的实验管中，通过高周波加热器加热至Al-基合金完全熔化，从试管上方加入Ar气0.2～0.4MPa到液体合金表面，使液体合金渗透到SiC陶瓷胚体中；当液体合金从试管尖口中缓慢流出后停止加压，冷却得到Al-基合金复合材料。

优选的，纯Al粒子直径为18μm，SiC粒子直径为20-50μm，SiC纤维为剪切长度在0.5mm，直径20μm的纤维。在该尺寸范围下，颗粒之间分布更均匀，颗粒间缝隙不大，试样的耐磨性最佳。

优选的，步骤(2)具体为：将步骤(1)所得试料放入直径为15mm的试管内，两端同时压缩成高为1cm圆柱体。在温度773K的电炉内加热1小时，使PEG完全分解后取出，得到SiC陶瓷胚体。

优选的，步骤(3)具体为：将直径为1mm的陶瓷珠粒、SiC陶瓷的胚体和Al-基合金从下往上依次排列放置在开口直径0.5～0.8mm的实验管中，通过高周波加热器加热至1173K使Al-基合金完全熔化，从试管上方加入0.2MPaAr气到液体合金表面15s后停止加压，冷却得到Al-基合金复合材料。