[发明专利]一种铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种铝基复合材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)将碳纳米管和纳米碳化硅粉末铺设在铝板之间；(2)通过搅拌摩擦焊对铝板进行焊接，得到碳纳米管和纳米碳化硅增强的铝基复合材料。本发明所制备得到的碳纳米管和纳米碳化硅二元混杂增强铝基复合材料中的碳纳米管本身结构完整性良好，并且将碳纳米管和纳米碳化硅充分均匀分散在铝基体中，且整个过程工艺流程短，成本低，效率高，强度高，适合制备较大板材，大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种铝基复合材料的制备方法，属于复合材料制备领域。

背景技术

二十一世纪以来，随着我国通航产业迅速发展，运载工具轻量化已成为当今研究热点。铝合金由于其具有较高的比强度，较好的韧性及疲劳性能，被广泛应用于航天、航空、汽车、机械制造、船舶、化学工业等领域。通过在铝基体中添加增强相颗粒，制备得到的颗粒增强铝基复合材料既有铝合金良好的强度、韧性、易成形性等特点，又有颗粒的高强、高模等优点，是近年来应用最广的一类金属基复合材料。

碳纳米管强度极高，平均杨氏模量为1～1.8TPa，大概是钢的100倍，层间剪切强度可达500MPa，且其密度只有钢的1/6。碳纳米管以其极高的比强度和比刚度，极低的密度和特殊的导电和导热性，成为理想的增强铝基复合材料增强颗粒。但由于碳纳米管具有极大的比表面积，极易造成团聚现象。

纳米碳化硅具有表面活性高，质量轻、韧性好、强度高、硬度高、耐高温等优良性能，被广泛应用于航空航天、国防装备等领域，除此之外，在机械、化工、电子工业等领域也得到广泛应用。但在和金属基体结合时具有较大的界面应力，不能良好的进行结合。

利用碳纳米管独特的多维纳米结构可与碳化硅结构在铝基体进行匹配构成良好的界面结合，有望获得高强、抗冲击、耐高温的高性能纤维增强和颗粒增强的碳纳米管和纳米碳化硅二元混杂增强铝基复合材料。

根据目前的研究，制备铝基复合材料的方法主要有铸造法、喷射沉积法、粉末冶金法。但铸造法制备基体材料和增强颗粒之间会发生界面反应；喷射沉积法设备和工艺较复杂，制备复合材料难度大且孔隙率较高；粉末冶金法制备的尺寸和形状受限且生产成本较大。搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接手段，由于其绿色环保并且可同时实现材料微观组织的细化、致密化和均匀化得到广泛认可。

公开号为CN 101864547 A的发明专利中通过浸渍法制备碳纳米管和铝复合粉末；然后经冷压、烧结和热挤压制得均匀分散的碳纳米管增强铝基复合材料块体。但由于浸渍法过程中酸化时间较长，碳纳米管的表面结构产生了严重的破坏，不利于自身性能的发挥。

公开号为CN 105734459 A的发明专利中采用粉末热挤压成型工艺：将碳纳米管、铝粉经过球磨制成复合粉体并封装于包套材料内，之后烧结挤压，剥离包套材料获得目标产物的方法。但这种工艺会导致碳纳米管团聚，不能均匀分散在复合材料之中，也相应降低了复合材料的性能。

公开号为CN 103343265A的发明专利中制备了一种石墨/硅混杂增强高导热低膨胀铝基复合材料，该复合材料由压力浸渗法制得，由基体铝和石墨、硅组成，还添加有抑制石墨铝的有害界面反应物A1₄C₃生成的界面改性添加剂。此种制备方法的效率较低，生产周期长，制作成本高，此外对设备的要求也较高，因此难以进行工业化大规模生产。

公开号为CN 103586654A的发明专利中利用搅拌摩擦焊制备了一种表面铝基复合材料制备方法，该方法把分散有碳化硅粒子和碳化硼粒子的有机溶剂溶浆均匀地涂敷在清洁的铝板表面，对铝板进行表面搅拌摩擦加工。此种工艺会导致碳化硅粒子和碳化硼粒子团聚，不能均匀分布于铝基中，以及此方法的碳化硅粒子和碳化硼粒子损失较严重，不能有效计算碳化硅粒子和碳化硼粒子的添加量，因此也相应影响了此复合材料的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，现有技术中，铝基复合材料的制备存在成本较高、增强效果不佳、界面结合不牢等技术问题。