[发明专利]一种自补缩SiCp/AlSi复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种自补缩SiCp/AlSi复合材料及其制备方法。自补缩SiCp/AlSi复合材料，由基体相Al‑Si合金和增强相SiC组成，基体相化学式为Al_aSi_bX_c，增强相为SiC。其制备方法为：首先按基体的化学式Al_aSi_bX_c称取相应的合金作为原料，熔化精炼制备基体相合金粉末，将增强相SiC粉末放入高温管式炉内进行表面氧化处理；然后将这两种粉末进行混合，最终将复合粉末激光熔融增材制造成形即可。本发明制得的自补缩SiCp/AlSi复合材料在凝固时不发生收缩或发生稍许膨胀，在激光熔融增材制造方法成形过程中获得自补缩，具有高比强度和刚度、高耐磨性、高热导率、低热膨胀系数、尺寸稳定性等优良性能。

技术领域

本发明属于复合材料及其制备领域，具体涉及一种自补缩SiCp/AlSi复合材料及其制备方法。

背景技术

金属熔体在凝固过程中不可避免的会发生体积收缩，该体积收缩不仅是引起金属及其复合材料铸造时产生缩孔、缩松、表面缩陷和凝固裂纹等铸造缺陷的根源，也是金属及其复合材料激光熔融增材制造件缩松和凝固裂纹等成形缺陷产生的根本原因。而这些缩孔、缩松、表面缩陷和凝固裂纹等成形缺陷会严重恶化金属及其复合材料的服役性能与寿命。为了避免凝固收缩缺陷的产生，在成形金属及其复合材料时通常需要利用冒口等进行补缩，而补缩系统的体积通常是成形件体积的0.6~3倍，这造成了原材料和能源的巨大浪费。同时，对金属及其复合材料的激光熔融增材制造来说，其工艺特点决定了其凝固收缩缺陷无法通过采用常用的冒口等技术手段来消除，这是目前很难用激光熔融增材制造获得无缺陷金属及其复合材料的根本原因。因此，研制凝固时不发生收缩或凝固时发生稍许膨胀的新型金属材料，是实现通过激光熔融增材制造获得高性能金属及其复合材料的关键。

碳化硅颗粒增强铝基（SiCp/Al）复合材料不仅具有铝及铝合金优良的韧性、延展性和轻质等特点，而且还具有SiC高硬度、高强度、耐磨及耐高温等优点。因此，SiCp/Al复合材料兼具有高比强度和刚度、高耐磨性、高热导率、低热膨胀系数、优良的尺寸稳定性和良好抗磁抗振性等优良的综合性能，在航空航天、军事、汽车和电子仪表等领域得到了越来越广泛的应用。其中，低体积分数（0.15~0.2，结构级）SiCp增强Al基复合材料强度高、耐磨性好，是优良的结构材料和耐磨材料；中体积分数（0.35~0.45，光学/仪表级）SiCp增强Al基复合材料比刚度高、尺寸稳定性好，是优良的光学和精密仪器构件材料；高体积分数（0.6~0.7，电子级）SiCp增强Al基复合材料膨胀系数小、导热性好，是理想的电子封装及热控元件材料。然而，目前SiCp/Al复合材料中因基体相主要为不含Si或Si含量较低（小于20wt.%）的Al及Al合金，导致在利用激光熔融增材制造等方法制备该类复合材料时，由于SiCp对Al及Al合金熔体流动的阻滞作用使熔体的补缩受阻，进而使Al及Al合金熔体在凝固过程中不可避免的会发生体积收缩，相应的将在成形SiCp/Al复合材料时产生缩孔、缩松、表面缩陷和凝固裂纹等缺陷，最终显著影响该类复合材料的质量。但是，到目前为止尚缺乏对凝固时能够实现自补缩的SiCp/Al复合材料的开发。

发明内容

本发明的目的是要提供一种自补缩SiCp/AlSi复合材料及其制备方法，克服现有SiCp/Al复合材料因基体相主要为不含Si或Si含量较低（小于20wt.%）的Al及Al合金而不具有自补缩特性，导致难以通过激光熔融增材制造等方法成形高性能无缺陷SiCp/AlSi复合材料。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：