專利名稱：一種中高體分碳化硅鋁基復合材料的制備方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及碳化硅鋁基復合材料的制備技術，具體是指一種體積分數為45% 70%的中高體分碳化硅鋁基復合材料的制備方法及其裝置。
背景技術：
鋁基復合材料具有高強度、高硬度、高彈性模量等優異的性能。作為一種新型的功能材料與工程材料，在航空航天等領域具有廣泛的應用前景。然而由于制備成本等因素，限制了鋁基復合材料的廣泛應用。實現鋁基復合材料制備的產業化，一直是研究者追求的目標。目前，壓力浸滲法是制備高體分鋁基復合材料的一個有效手段。采用壓力浸滲法制備高體積分數的鋁基復合材料，制備復合材料的成功與鋁液浸滲壓力大小、鋁液澆注溫度、碳化硅多孔骨架的顯氣孔率、碳化硅多孔骨架的強度以及碳化硅多孔骨架孔隙內氣體的排出程度等諸多因素密切相關。復合材料制備過程中，保持鋁液浸滲壓力的穩定可以使碳化硅顆粒與鋁液之間的界面反應進行得更加充分、更加徹底，從而為獲得性能穩定的碳化硅鋁基復合材料提供了必要條件。傳統的壓力浸滲法工藝是:將碳化硅顆粒堆積在凹模內并壓制成碳化硅多孔骨架，凹模和碳化硅多孔骨架預熱到設定溫度后，接著將鋁合金熔液澆注到凹模中，凸模下壓使鋁合金熔液浸滲預制件碳化硅多孔骨架，浸滲過程中，碳化硅顆粒之間附著的氣體一部分向上浮起而從碳化硅骨架中排出，一部分在鋁液的擠壓作用下，向下經石墨碳塊底板的排氣孔排出，氣體排出完畢，鋁合金熔液隨后也從排氣孔流出，流出的鋁合金熔液遇到空氣后，因冷卻而凝固，隨即將排氣孔堵塞，繼續對凹模的鋁合金熔液施加壓力，受壓的鋁液能更充分的包裹住碳化硅顆粒，從而為兩者之間發生界面反應提供了很好的條件，通過這種制備工藝可以獲得性能穩定的碳化硅鋁基復合材料。然而上述工藝存在如下3點缺陷，影響了碳化硅鋁基復合材料制備的產業化:1、傳統工藝制備的碳化娃多孔骨架強度低，制備碳化娃體積分數為45% -60%的碳化硅鋁基復合材料時，碳化硅骨架容易坍塌而導致碳化硅鋁基復合材料存在鋁帶等缺陷；2、傳統工藝沒有有效的手段檢測碳化硅多孔骨架的顯氣孔率、抗壓強度等關鍵的性能指標；3、傳統的工藝中，石墨碳塊底板的排氣孔與溫度較低的工作臺直接接觸，這種的排氣方式存在理論上的缺陷，由于碳化硅多孔骨架內部的孔隙網絡結構復雜，氣體受到鋁液擠壓從碳化硅多孔骨架排出需要一段時間；伴隨氣體一起經石墨碳塊底板的排氣孔排出的鋁液在碳化硅多孔骨架內部氣體沒有排除干凈的情況下可能提前堵塞排氣孔，致使氣體不能完全排出，導致制備碳化硅鋁基復合材料的成品率下降。上述缺陷，直接影響到碳化硅鋁基復合材料制備的成品率以及碳化硅鋁基復合材料性能的穩定性，以 至影響了鋁基復合材料的產業化。因此，若能通過選擇合適的方法輔以必要的裝置，制備出性能穩定的碳化硅鋁基復合材料，將會對鋁基復合材料的產業化具有非常重要的意義。

發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足之處，提供一種中高體分碳化硅鋁基復合材料的制備方法，并提供一種專用裝置，實現中高體分碳化硅鋁基復合材料的微觀組織晶粒均勻、接近全致密和性能穩定，以推動碳化硅鋁基復合材料制備的產業化。本發明的目的是通過下述技術方案實現的:一種中高體分碳化硅鋁基復合材料的制備方法，其特征在于:該方法采用壓力鑄造法，選用兩種不同粒徑的碳化硅材料作為制備碳化硅鋁基復合材料的原料，制備方法具體步驟及其工藝條件如下:步驟一:備料要求碳化硅純度大于99.6%，顆粒粒徑分布的離散度在0.8 1.2之間，顆粒表面干凈無油污；采用兩種不同粒徑的碳化硅材料混合而成的混合粉為原料，所述兩種不同粒徑的碳化硅材料是指:一種粗顆粒碳化硅與一種細顆粒碳化硅，根據碳化硅體積分數的要求，粗顆粒碳化硅與細顆粒碳化硅按質量比為:1:0.4 4配粉并混合均勻，所述粗顆粒碳化硅的平均粒徑選用規格如下:58 μ m、45 μ m,細顆粒碳化娃的平均粒徑選用規格如下:6.5 μ m、
2.6 μ m ;兩種不同粒徑的粗細顆粒碳化娃配粉方式為:58 μ m與6.5 μ m ;45 μ m與2.6 μ m ;步驟二:制備碳化硅多孔骨架將兩種不同粒徑的·碳化硅材料混合粉倒入石墨模具，根據碳化硅體積分數的要求，選用0.1 15MPa壓強，將碳化硅材料壓制成型，成型后至少保壓15分鐘，隨后將碳化硅成型件放入高溫爐中，至少加熱至1600°C，并至少保溫2小時，高溫爐冷卻后，脫模，即可獲得碳化硅多孔骨架；步驟三:碳化硅鋁基復合材料的制備對碳化硅多孔骨架進行檢查與測試，選用滿足以下條件的碳化硅多孔骨架:外形完整、無裂紋，內部無氣孔、無裂紋，碳化硅體積分數α與顯氣孔率Ψ之和大于等于95%，抗壓強度σ彡7Mpa ；將滿足上述要求的碳化硅多孔骨架裝入石墨底板頂部的階梯孔中，直至與石墨底板接觸，隨后將安裝有碳化硅多孔骨架的石墨底板壓入凹模底部的配合孔中，直至石墨底板與配合孔上方的圓環緊密接觸；凹模連同凹模內的碳化硅多孔骨架一同預熱到至少650°C后，將熔融的鋁液倒入凹模，隨后開動壓力機，將粘著石墨隔離塊的凸模壓入凹模的型腔內，壓入凹模型腔內的石墨隔離塊將壓力傳遞給鋁液，鋁液受壓后隨即向將碳化硅多孔骨架浸滲，附著在碳化硅顆粒之間的氣體，一部分上浮而排出；一部分隨著鋁液的浸滲而被擠壓向下排出，向下排出的氣體穿過石墨底板的排氣孔，經由緩沖孔排出凹模，從緩沖孔流出的鋁液，接觸壓力機工作臺后被冷卻，冷凝而把石墨底板的排氣孔堵塞，剩余的氣體被壓縮至石墨底板頂部的階梯孔內，繼續對鋁液施加壓力直至冷卻，然后脫模，即獲得碳化硅體積分數為45% 70%范圍內的碳化硅鋁基復合材料。
所述兩種不同粒徑的碳化硅材料混合粉，其混合過程依次歷經:①交錯混粉:將粗顆粒碳化硅與細顆粒碳化硅分層混合；②機械混粉:將碳化硅材料混合粉倒入混料機進行機械混合至少24小時；③無序混粉:篩網過濾碳化硅混合粉。一種中高體分碳化硅鋁基復合材料的制備裝置，包括壓力鑄造機，其特征在于:本裝置采用的壓力鑄造機，包括保壓/排氣裝置，該保壓/排氣裝置包括:石墨底板、凹模、石墨隔離塊、凸模，所述凹模包括型腔、配合孔、圓環，所述石墨底板開設有階梯孔、緩沖孔、排氣孔，零件結構關系如下:凹模的型腔底部是配合孔，配合孔的上方是起密封作用的圓環，配合孔與石墨底板為過盈配合，型腔與石墨隔離塊為過盈配合；石墨底板頂部的階梯孔與碳化硅多孔骨架是間隙配合，石墨隔離塊粘接在凸模上。該裝置的工作原理為:熔融的鋁液(溫度820°C )澆注到凹模后，隨即開動壓力機，將粘著石墨隔離塊的凸模壓入凹模的型腔中，在石墨隔離塊壓入型腔過程中，石墨隔離塊把壓力傳遞給凹模中的鋁液，鋁液受壓后，隨即向碳化硅多孔骨架浸滲，碳化硅多孔骨架具備一定的抗壓強度，受到鋁液的壓力后不會出現坍塌現象，碳化硅多孔骨架內部的孔隙互相連通，為鋁液的流動提供了暢通的通道，隨著鋁液的不斷浸滲，附著在碳化硅多孔骨架孔隙的氣體，一部分上浮排出；一部分在鋁液的擠壓作用下向下排出，向下排出的氣體通過石墨底板的排氣孔，流經緩沖孔而排出體外，當從緩沖孔流出的鋁液接觸壓力機工作臺后，冷凝而把石墨底板的排氣孔堵塞，碳化硅多孔骨架剩余的氣體可以被壓縮至石墨底板頂部的階梯孔中，階梯孔設計了足夠的空間，可 以容納從碳化硅多孔骨架向下排出的氣體，附著在碳化硅多孔骨架孔隙的氣體排空后，繼續對鋁液施加壓力，由于，上方:石墨隔離塊與型腔緊密接觸，鋁液不能從上方濺出；下方:石墨底板的排氣孔已經被堵塞，石墨底板的頂部與凹模底部的圓環緊密接觸且石墨底板與凹模在徑向緊密接觸，鋁液也不能從下方泄露，因此，繼續對鋁液施加壓力時，鋁液對碳化硅多孔骨架的浸滲壓力可以維持穩定，因而，鋁液可以充分地包裹碳化硅顆粒的表面，兩者之間可以進行很好的界面反應。復合材料冷卻后，脫模，即可獲得性能穩定的碳化硅鋁基復合材料。本發明與現有技術相比，具有以下優點:1、本發明制備的碳化硅多孔骨架有強度，能承受鋁液的沖擊，采用本發明保壓/排氣裝置制備中高體分碳化硅鋁基復合材料時，能合理的控制鋁液浸滲壓力，并維持穩定，有效地避免了產生鋁帶等缺陷。2、采用本發明保壓/排氣裝置，可以將附著在碳化硅多孔骨架孔隙中的氣體徹底排除干凈，提高了體積分數為45% 70%范圍內的碳化硅鋁基復合材料制備的成品率。3、本發明保壓/排氣裝置的密封性能好，鋁液不會泄露，鋁液可以保持穩定的浸滲壓力，鋁液和碳化硅顆粒之間的界面反應能進行得更加充分，采用本發明制備的中高體分碳化硅鋁基復合材料的微觀組織晶粒均勻、近全致密和性能穩定；并可選擇不同粒徑的粗細顆粒碳化硅最佳配伍方式，以滿足不同用途。4、本發明制備方法實現了中高體分碳化硅鋁基復合材料的微觀組織晶粒均勻、接近全致密和性能穩定，并且方法簡單、便捷，裝置結構合理，易于推動碳化硅鋁基復合材料制備的產業化。


圖1為本發明保壓/排氣裝置的工作原理示意圖；圖2為本發明保壓/排氣裝置的石墨底板的結構示意圖；圖3本發明保壓/排氣裝置的凹模的結構示意圖。附圖1中:1為石墨底板、2為碳化硅多孔骨架、3為凹模、4為石墨隔離塊，5為凸模，6為鋁液；附圖2中:7階梯孔，8為緩沖孔，9為排氣孔；附圖3中:10為型腔、11為配合孔、12為圓環。
具體實施例方式通過如下實施例及其附圖對本發明作進一步的詳細描述，但本發明的實施方式不限于此。實施例1:體積分數為45%的碳化硅鋁基復合材料的制備本發明所述的中高體分碳化硅鋁基復合材料的制備裝置采用的壓力鑄造機和為實現本發明方法專門設計的保壓/排氣裝置，該保壓/排氣裝置包括:石墨底板1、凹模3、石墨隔離塊4、凸模5，所述凹模3包括型腔10、配合孔11、圓環12，所述石墨底板I開設有階梯孔7、緩沖孔8及排氣孔9，零件結構關系如下:凹模3的型腔10，其下部是配合孔11，配合孔11的上方是起密封作用的圓環12，配合孔11與石墨底板I是過盈配合，型腔10與石墨隔離塊4是過盈配合；石墨隔離塊4用膠水粘接到凸模5上；石墨底板I的頂部的階梯孔7與碳化硅多孔骨架2是間隙配合。采用上述中高體分碳化硅鋁基復合材料的制備裝置，制備體積分數為45%、直徑為100_、高度為50_的碳化硅鋁基復合材料，具體步驟及其工藝條件如下:步驟一:備料選用平均粒徑為58 μ m的粗顆粒碳化硅以及平均粒徑為6.5 μ m的細顆粒碳化硅配粉作為制備碳化硅鋁基復合材料的原料，要求碳化硅純度大于99.6%，碳化硅顆粒表面干凈無油污，顆粒粒徑分布的離散度在0.8 1.2之間，顆粒形貌特征近似球體；根據所需的碳化硅鋁基復合材料用量，計算所要制備的碳化硅鋁基復合材料體積V:V = Ji X52X5 = 392.5 (cm3)按照碳化娃密度P = 3.18(g/cm3),計算出所需碳化娃顆粒的質量M:M = 0.45XVX P = 561.7(g) 按照碳化硅顆粒的質量M的20%，提取平均粒徑為58 μ m的碳化硅材料，其質量為112.3g；按照碳化硅顆粒的質量M的80%，提取平均粒徑為6.5 μ m的碳化硅材料，其質量為449.3g ;即按質量比為:1:4配粉；步驟二:制備碳化硅多孔骨架(I)兩種不同粒徑的碳化硅材料混合粉，其混合過程依次歷經:
①交錯混粉:
用藥勺將平均粒徑為58μπι的粗顆粒碳化硅舀到180目的標準篩網中，然后通過180目的標準篩網均勻的分攤到容器內，接著，再用藥勺將平均粒徑為6.5μπι的細顆粒碳化硅舀到300目的標準篩網中，同樣通過300目的標準篩網均勻的分攤到平均粒徑為58 μ m的碳化硅顆粒層上方，如此反復直至將質量為112.3g、平均粒徑為58 μ m的碳化硅材料以及質量為449.3g、平均粒徑為6.5 μ m的碳化娃材料全部分層混合完畢；②機械混粉:將交錯混粉后的碳化硅混合粉倒入不銹鋼罐，蓋緊不銹鋼罐蓋后，把不銹鋼罐放置在罐磨機上，罐磨機轉速設定為70轉/分鐘，開動罐磨機，進行機械混合24小時；③無序混粉:從罐磨機上取下不銹鋼罐，用藥勺將把上述碳化硅混合粉S到300目的標準篩網上過濾;(2)制備碳化硅多孔骨架將石墨紙緊密的貼合到石墨模具內壁，接著將歷經上述混粉的碳化硅混合粉倒入石墨模具，震實，隨后，用0.1MPa的壓強把碳化硅顆粒準確地壓成50mm的高度，成型后保壓15分鐘，隨后將裝有碳 化硅成型件的石墨模具放入高溫爐中，加熱到1600°C并保溫2小時，隨爐冷卻后，取出，脫模，剝離石墨紙，即可獲得碳化硅體積分數為45%的碳化硅多孔骨架2 ;步驟三:碳化硅鋁基復合材料的制備( I)對碳化硅多孔骨架進行檢查與測試:①觀察碳化硅體積分數為45%的碳化硅多孔骨架的外表形貌，是否完整是否存在裂紋等缺陷；選擇滿足制備要求的碳化硅多孔骨架，采用X光機工業CT機對其內部進行無損檢測，觀察碳化硅多孔骨架的X光照片，碳化硅多孔骨架內部各處色澤一致，沒有黑色的條紋，表明碳化硅多孔骨架內部無裂紋、雜質等缺陷，如果X光檢測到碳化硅多孔骨架存在裂紋、雜質等缺陷，則視為廢品；②采用壓力測試儀測試碳化硅多孔骨架的抗壓強度，其抗壓拉強度σ ^ 7.34MPa，為了避免在鋁液浸滲過程中，碳化硅多孔骨架坍塌，鋁液的浸滲壓力數值定為 7MPa ；③檢測碳化硅多孔骨架的顯氣孔率，將碳化硅多孔骨架放入盛水容器內，水位高出碳化硅多孔骨架4cm，加熱盛水容器，直至水沸騰，保持30分鐘，冷卻后，取出碳化硅多孔骨架，用浸潰飽和水的濕布擦除碳化硅多孔骨架表面多余的水分，隨即稱量吸附飽和水的碳化硅多孔骨架質量，得凡=8678，隨后把浸潰飽和水的碳化硅多孔骨架放入帶有溢流管的容器中，測量出排水的質量m，根據公式(I):V1=M0-M (I)計算出碳化硅多孔骨架的孔隙的體積；根據公式⑵:
q=^-(2)
m計算出碳化硅多孔骨架的顯氣孔率，得到q=51.4% ；
碳化娃多孔骨架的碳化娃體積分數α為45%,測定的顯氣孔率Ψ為51.4%,兩者之和>95%，說明碳化硅多孔骨架孔隙互相連通的程度高，這為鋁液順利地浸滲提供了有利的條件；如果碳化硅體積分數α與顯氣孔率Ψ之和〈95%，則視為廢品。測量完畢，對滿足外形完整、無裂紋，內部無氣孔、無裂紋，碳化硅體積分數α與顯氣孔率Ψ之和大于95%，抗壓強度σ > 7Mpa條件的碳化硅多孔骨架進行干燥處理；(2)將經干燥處理的碳化硅多孔骨架2裝入石墨底板I頂部的階梯孔7中，直至與石墨底板I接觸，隨后將安裝有碳化硅多孔骨架的石墨底板I壓入凹模3底部的配合孔11中，直至石墨底板I與配合孔11上方的圓環12緊密接觸；凹模3連同凹模3內的碳化硅多孔骨架2 —同預熱到650°C，鋁合金加熱至820°C，隨后將熔融的鋁液6倒入凹模3的型腔10內，接著，開動壓力機，將粘有石墨隔離塊4的凸模5壓入型腔10中，對凸模5施加的壓力為7MPa，壓力通過石墨隔離塊4傳遞給鋁液6，受壓的鋁液6隨即向碳化硅多孔骨架2浸滲，碳化硅多孔骨架2具備7.34MPa以上的抗壓強度，受到鋁液6的壓力后不會出現坍塌現象，碳化硅多孔骨架2內部的孔隙互相連通，為鋁液6的流動提供了暢通的通道，隨著鋁液6的不斷浸滲，附著在碳化硅多孔骨架隙的氣體，一部分上浮排出；一部分在鋁液6的擠壓作用下向下排出，向下排出的氣體通過石墨底板I的排氣孔9，流經緩沖孔8而排出凹模3，當從緩沖孔8流出的鋁液接觸壓力機工作臺后，冷凝而把石墨底板的排氣孔9堵塞，碳化硅多孔骨架2中剩余的氣體可以被壓縮至石墨底板I頂部的階梯孔7中，階梯孔7設計了足夠的空間，可以容納從碳化硅多孔骨架2向下排出的氣體，附著在碳化硅多孔骨架孔隙的氣體排空后，繼續對鋁液6施加壓力，由于，上方:石墨隔離塊4與凹模3的型腔緊密接觸，鋁液6不能從上方濺出；下方:石墨底板I的排氣孔9已經被堵塞，石墨底板I的頂部與凹模3底部的圓環12緊密接觸且石墨底板I與凹模3的配合孔在徑向緊密接觸，鋁液6也不能從下方泄露，因此，繼續對鋁液施加壓力時，鋁液對碳化硅多孔骨架的浸滲壓力可以維持穩定，因而，鋁液6可以充分地包裹碳化硅顆粒的表面，兩者之間可 以進行很好的界面反應。復合材料冷卻后，脫模，即獲得碳化硅體積分數為45%的碳化硅鋁基復合材料，經過對碳化硅體積分數為45%的碳化硅鋁基復合材料性能檢測，結果表明:復合材料抗彎強度達到696MPa，在25°C 120°C的熱膨脹系數為11.1024 X 10_6/°C，復合材料線切割的割口平整，采用金剛石車刀車削復合材料，車削的表面光潔度可以達到12.5 u rtio實施例2:體積分數為60%的碳化硅鋁基復合材料的制備制備裝置同實施例1。制備方法除已下工藝條件之外同實施例1:粗、細顆粒碳化娃的質量比為1: 1.5 ;粗顆粒碳化娃平均粒徑為58 μ m,質量為299.6g ;細顆粒碳化硅平均粒徑為6.5 μ m，質量為499.3g ；壓制碳化硅多孔骨架的壓強為IOMPa ；獲得體積分數為60%的碳化硅鋁基復合材料，經過對碳化硅體積分數為60%的碳化硅鋁基復合材料性能檢測，結果表明:復合材料抗彎強度達到606MPa，在25°C 120°C的熱膨脹系數為9.8032 X 10_6/°C，復合材料線切割的割口較為平整，采用金剛石車刀車削復合材料，車削的表面光潔度可以接近12.5μπι。實施例3:體積分數為70%的碳化硅鋁基復合材料的制備
制備裝置同實施例1。制備方法除已下工藝條件之外同實施例1:粗、細顆粒碳化娃的質量比為1:0.4 ;粗顆粒碳化娃平均粒徑為58 μ m,質量為624.1g,細顆粒碳化硅平均粒徑為6.5 μ m，質量為249.6g。壓制碳化娃多孔骨架的壓強為15MPa獲得體積分數為70%的碳化硅鋁基復合材料，經過對碳化硅體積分數為70%的碳化硅鋁基復合材料性能檢測，結果表明:復合材料抗彎強度達到542MPa，在25°C 120°C的熱膨脹系數為6.8721X10_6/°C，復合材料線切割的割口不平整，采用金剛石車刀車削復合材料，車削的表面光潔度可以接近25 μ m。實施例4:體積分數為45%的碳化硅鋁基復合材料的制備制備裝置同實施例1。制備方法除已下工藝條件之外同實施例1:粗、細顆粒碳化娃的質量比為1:4 ;粗顆粒碳化娃平均粒徑為45μηι,質量為112.3g ;細顆粒碳化硅平均粒徑為2.6 μ m，質量為549.2g ；獲得體積分數為45%的碳化硅鋁基復合材料，經過對碳化硅體積分數為45%的碳化硅鋁基復合材料性能檢測，結果表明:復合材料抗彎強度達到696MPa，在25°C 120°C的熱膨脹系數為11.1024X10_6/°C，復合材料線切割的割口非常平整，采用金剛石車刀車削復合材料，車削的表面光潔度可以接近6.3 μ m。實施例5:體積分 數為60%的碳化硅鋁基復合材料的制備制備裝置同實施例1。制備方法除已下工藝條件之外同實施例1:粗顆粒碳化硅的平均粒徑選45 μ m,質量為299.6g ;細顆粒碳化硅的平均粒徑選用2.6 μ m，質量為499.3g ;粗、細顆粒碳化硅的質量比為1:1.5;壓制碳化硅多孔骨架的壓強為IOMPa ；獲得體積分數為60%的碳化硅鋁基復合材料，經過對碳化硅體積分數為60%的碳化硅鋁基復合材料性能檢測，結果與實施例2基本一致。實施例6:體積分數為70%的碳化硅鋁基復合材料的制備制備裝置同實施例1。制備方法除已下工藝條件之外同實施例1:粗顆粒碳化硅的平均粒徑選用45 μ m,質量為624.1g ;細顆粒碳化硅的平均粒徑選用2.6 μ m，質量為249.6g ;粗、細顆粒碳化硅的質量比為1:0.4;壓制碳化硅多孔骨架的壓強為15MPa ；獲得體積分數為70%的碳化硅鋁基復合材料，經過對碳化硅體積分數為70%的碳化硅鋁基復合材料性能檢測，結果表明:復合材料抗彎強度達到542MPa，在25°C 120°C的熱膨脹系數為6.8721X10_6/°C，復合材料線切割的割口不平整，采用金剛石車刀車削復合材料，車削的表面光潔度可以接近12.5 μ m。
權利要求
1.一種中高體分碳化硅鋁基復合材料的制備方法，其特征在于:該方法采用壓力鑄造法，選用兩種不同粒徑的碳化硅材料作為制備碳化硅鋁基復合材料的原料，制備方法具體步驟及其工藝條件如下: 步驟一:備料 要求碳化硅純度大于99.6%，顆粒粒徑分布的離散度在0.8 1.2之間，顆粒表面干凈無油污； 采用兩種不同粒徑的碳化硅材料混合而成的混合粉為原料，所述兩種不同粒徑的碳化硅材料是指:一種粗顆粒碳化硅與一種細顆粒碳化硅，根據碳化硅體積分數的要求，粗顆粒碳化娃與細顆粒碳化娃按質量比為:1:0.4 4配粉并混合均勻，所述粗顆粒碳化娃的平均粒徑選用規格如下:58 μ m、45 μ m,細顆粒碳化娃的平均粒徑選用規格如下:6.5 μ m、2.6 μ m ;兩種不同粒徑的粗細顆粒碳化娃配粉方式為:58 μ m與6.5 μ m ;45 μ m與2.6 μ m ; 步驟二:制備碳化硅多孔骨架 將兩種不同粒徑的碳化硅材料混合粉倒入石墨模具，根據碳化硅體積分數的要求，選用0.1 15MPa壓強，將碳化硅材料壓制成型，成型后至少保壓15分鐘，隨后將碳化硅成型件放入高溫爐中，至少加熱至1600°C，并至少保溫2小時，高溫爐冷卻后，脫模，即可獲得碳化硅多孔骨架； 步驟三:碳化硅鋁基復合材料的制備 (1)對碳化硅多孔骨架進行檢查與測試，選用滿足以下條件的碳化硅多孔骨架:外形完整、無裂紋，內部無氣孔、無裂紋，碳化硅體積分數α與顯氣孔率Ψ之和大于等于95%，抗壓強度σ彡7Mpa ；· (2)將滿足上述要求的碳化硅多孔骨架裝入石墨底板頂部的階梯孔中，直至與石墨底板接觸，隨后將安裝有碳化硅多孔骨架的石墨底板壓入凹模底部的配合孔中，直至石墨底板與配合孔上方的圓環緊密接觸； (3)凹模連同凹模內的碳化硅多孔骨架一同預熱到至少650°C后，將熔融的鋁液倒入凹模，隨后開動壓力機，將粘著石墨隔離塊的凸模壓入凹模的型腔內，壓入凹模型腔內的石墨隔離塊將壓力傳遞給鋁液，鋁液受壓后隨即向將碳化硅多孔骨架浸滲，附著在碳化硅顆粒之間的氣體，一部分上浮而排出；一部分隨著鋁液的浸滲而被擠壓向下排出，向下排出的氣體穿過石墨底板的排氣孔，經由緩沖孔排出凹模，從緩沖孔流出的鋁液，接觸壓力機工作臺后被冷卻，冷凝而把石墨底板的排氣孔堵塞，剩余的氣體被壓縮至石墨底板頂部的階梯孔內，繼續對鋁液施加壓力直至冷卻，然后脫模，即獲得碳化硅體積分數為45% 70%范圍內的碳化娃招基復合材料。
2.根據權利要求1所述的一種中高體分碳化硅鋁基復合材料的制備方法，其特征在于:所述兩種不同粒徑的碳化硅材料混合粉，其混合過程依次歷經: ①交錯混粉:將粗顆粒碳化硅與細顆粒碳化硅分層混合； ②機械混粉:將碳化硅材料混合粉倒入混料機進行機械混合至少24小時； ③無序混粉:篩網過濾碳化硅混合粉。
3.一種中高體分碳化硅鋁基復合材料的制備裝置，包括壓力鑄造機，其特征在于:本裝置采用的壓力鑄造機，包括保壓/排氣裝置，該保壓/排氣裝置包括:石墨底板(I )、凹模(3)、石墨隔離塊(4)、凸模(5)，所述凹模(3)包括型腔(10)、配合孔(11)、圓環(12)，所述石墨底板(I)開設有階梯孔(7)、緩沖孔(8)、排氣孔(9)，零件結構關系如下:凹模(3)的型腔(10)底部是配合孔(11)，配合孔(11)的上方是起密封作用的圓環 (12)，配合孔(11)與石墨底板(I)為過盈配合，型腔(10)與石墨隔離塊(4)為過盈配合；石墨底板(I)頂部的階梯孔(7)與碳化硅多孔骨架(2)是間隙配合，石墨隔離塊(4)粘接在凸模(5)上。
全文摘要
本發明公開了一種體積分數為45%～70%的中高體分碳化硅鋁基復合材料的制備方法，并為該方法設計了專用保壓/排氣裝置。本發明采用壓力鑄造法，選用粗、細兩種不同粒徑的碳化硅材料為原料，根據碳化硅體積分數的要求，按質量比為1:0.4～4配粉并混合均勻；選用0.1～15MPa范圍的壓強制備碳化硅多孔骨架；將熔融的鋁液倒入預熱后的凹模，鋁液受壓后向碳化硅多孔骨架浸滲，獲得碳化硅鋁基復合材料。本發明裝置能合理的控制鋁液浸滲壓力，有效地避免了產生鋁帶等缺陷；采用本發明實現了中高體分碳化硅鋁基復合材料的微觀組織晶粒均勻、接近全致密和性能穩定，并且方法簡單、便捷，裝置結構合理，易于產業化。
文檔編號C22C1/10GK103240400SQ20131015124
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月26日 優先權日2013年4月26日
發明者屈盛官, 樓華山, 李小強, 譚幽輝 申請人:華南理工大學