[发明专利]一种制造复合材料的方法与设备

说明书

本发明涉及一种制造复合材料的方法与设备。

如所周知，金属基复合材料可用加入强化材于金属基材中制得金属基复合材料，以强化其机械性能。

根据科学研究，在金属基复合材料内所添加的强化材，如能分布均匀并且强化材尺寸尽量微细，则可获得最佳的机械性质。

然而，当微细的强化材直接加入金属基材后，实践表明，强化材颗粒间易发生聚焦现象，无法均匀地分散于金属基材里，遂劣化复合材成品的品质。此外，将微细的强化材如以干燥的颗粒状直接加入金属基材的熔液中后，干燥的强化材粉受高温溶液上方热对流的影响，容易飞扬散失，加料速率难以控制，生产困难。

另外，在使用漩涡搅拌方法将强化材与金属基材均匀混合时，因将气体引入金属溶液内，于浇铸前，未将空气除去，使铸件产生许多气孔，降低材料强度，缩短铸件寿命；即使在高度真空条件下，虽可从熔液中除去部分气体，但因金属熔液的粘滞性极高，在粘稠的熔液中排除其间的气体和气泡，更是困难。

本发明的目的要提供一种制造复合材料的方法与设备，使用该方法和设备，可将粒径小至0.05微米或更细小的强化材，均匀分布在金属基材中，并除去因搅拌混入其中的气体，从而获得有优越机械性能的复合材料。

本发明的目的是这样实现的：该法是将粒径小至0.05微米或更小的强化材制成悬浮液，加热后添加于熔融的金属基材中，通过混合、搅拌、除气，然后铸成铸锭。整个工序在惰性气体覆盖下进行；所用设备有熔解基材用的加热炉、散布强化材悬浮液的加料容器，搅拌装置和除气装置等。

本发明的优点：

1、保证制得复合材料的质量，确实改进金属合金基材的性能：因将强化材用悬浮液与基材混合，并用除气装置将混合时带入的空气除掉，可保证混合均匀，并不使制得复合材料中存有空气、气泡。

2、使用设备，大部为通用设备组装而成，结构简单，容易实施。

3、制造过程简单，成本低，适用范围广：对于一般金属基复合材料均可采用本发明方法散布超微细的强化材，故可广泛应用于汽车、航天各种工业零件及工程材料上。

本发明的具体内容，由以下实施例及其附图给出：

图1是本发明的加热炉及其附属设备示意图。

图2是本发明的除气装置示意图。

图3是本发明的实施例1所得产品内部结构图。

图4是本发明的实施例2所得产品内部结构图。

图5是本发明的实施例3所得产品内部结构图。

图6是按本发明实施例1方法生产但未经除气的产品内部结构图。

图7是按本发明实施例1方法生产但已经除气的产品内部结构图。

以下结合附图，详细说明：

该制造复合材料的方法，实施步骤如下：1)配制悬浮液：在密闭状态下，将选自氧化铝、氮化矽、碳化矽、碳化钛、氧化锆、碳化硼及碳化钽，并以颗粒须晶及短纤维方式的强化材悬浮于一含有分散剂的蒸馏水中；

2)借超音波振荡悬浮液，使其混合均匀；

3)预热悬浮液至100-660℃；

4)在惰性气体覆盖下熔融铝合金基材，达600-700℃，在搅拌下将预热的悬浮液散布或喷洒或采取喷雾方式散布于金属基材的熔液表面，这时蒸馏水迅速蒸发，强化材分布于熔液表面，并进行混合；

5)在惰性气体覆盖下，在混合后的熔液中进行除气操作；

6)将除气后的铝基复合材料熔液铸成铸锭，并使其在400-450℃间恒温40-60小时，使该铸锭均质化，然后冷却至室温，得出铝基复合材料产品。

该除气操作，是令一含有除气孔的除气管，作为除气装置，将该除气管插入该铝合金基材与强化材混合的溶液中，并移动该除气管以增加其与气泡接触机会，抽除熔液中所含的气体。

本发明制造复合材料的设备，包括带有搅拌装置的加热炉和除气装置，以下结合附图详细说明：

参照图1、2；

1)加热炉2为一装入铝合金基材1并加热熔解的装置，炉口以陶瓷盖3覆盖；

2)一隋性气体供应装置设于加热炉2的一侧，该装置有一引导惰性气体进入炉口2内的导管4；

3)加热炉上端安装有用来灌注强化材悬浮液5的密闭加料容器7，加料容器7的顶端设有悬浮液注入阀6，惰性气体11通过控制阀12以惰性气体管10布设于加料容器7内，气体管10上开有用来喷出惰性气体于容器7内的小孔9；悬浮液散布阀14设于悬浮液散布管41上，散布管141下端设有将悬浮液5散布、喷洒、或以喷雾方式由加料容器7进入加热炉2中用的喷嘴13；加热容器中悬浮液5用的加热介质8，为加热线圈或加热包，缠绕或包围在加料容器7的器壁上；