碳化硅預(yù)制塊的制備工藝制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及復(fù)合材料的制備工藝，更確切地說(shuō)是碳化硅與金屬鋁復(fù)合材料的預(yù)制塊的制備方法。本法以碳化硅為原料，將原料與粘結(jié)劑混均，倒入帶有過(guò)濾材料的預(yù)制模具中，加上適宜的壓力。烘干，脫模后的預(yù)制塊燒結(jié)成碳化硅預(yù)制塊，所用的粘結(jié)劑由纖維素、硅溶膠和水組成。其優(yōu)點(diǎn)是制成的碳化硅預(yù)制塊孔隙尺寸分布均勻，具有一定強(qiáng)度，壓鑄時(shí)不開裂。（*該技術(shù)在2017年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及復(fù)合材料的制備工藝，更確切地說(shuō)是碳化硅與金屬鋁復(fù)合材料的預(yù)制塊的制備方法。金屬基復(fù)合材料與傳統(tǒng)的金屬材料相比，不僅具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐磨損、耐疲勞、熱膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定、降噪音等優(yōu)良的力學(xué)性能和物理性能，還具有性能可設(shè)計(jì)特點(diǎn)，即可通過(guò)控制調(diào)整基體金屬、增強(qiáng)劑制備及后處理等工藝在一定范圍內(nèi)對(duì)材料的性能進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于有這些特點(diǎn)，發(fā)達(dá)國(guó)家投入了大量研究經(jīng)費(fèi)進(jìn)行開發(fā)研究。慣性器件是一種高精度的測(cè)量?jī)x表，隨著國(guó)防工業(yè)的發(fā)展，對(duì)用作慣性器件的材料的要求更加苛刻，即不僅要求具有高的比強(qiáng)度和比剛度，以達(dá)到減重的目的，還要求材料具有高的可加工性和尺寸穩(wěn)定性，以保證零件的精度和器件的性能。在國(guó)際上，用作慣性器件的材料從早期的不銹鋼、鈦合金、鋁合金等材料發(fā)展到鈹材。但是，鈹材最大的缺點(diǎn)是“脆、毒、貴”，這對(duì)加工和使用都極為不利。八十年代初，美國(guó)首次采用粉末冶金法研制出儀表級(jí)SiCp/Al復(fù)合材料(SiCp代表SiC顆粒)。SiCp/Al復(fù)合材料的主要制備方法有粉末冶金法、攪拌熔鑄法、共噴沉積法、壓力鑄造法等四種。與其他方法相比壓力鑄造法的特點(diǎn)是適于制備高體積分?jǐn)?shù)的SiCp/Al復(fù)合材料，SiC顆粒最高可達(dá)40％。壓鑄法不但可以制備SiCp/Al，還可以制備SiCw/Al(SiCw表示SiC晶須)，SiCw+SiCp/Al復(fù)合材料。由于SiCp/Al復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)不易有效準(zhǔn)確的控制，SiCw/Al復(fù)合材料成本又過(guò)高，而SiCw+SiCp/Al復(fù)合材料兼顧了SiCw/Al復(fù)合材料的高強(qiáng)度及SiCp/Al復(fù)合材料的尺寸的穩(wěn)定性、各向同性、高耐磨性、體積分數(shù)易控制等優(yōu)點(diǎn)。研究者對(duì)SiCw+SiCp/Al復(fù)合材料的研究展開了大量的研究工作。在制造SiCp/Al、SiCw/Al、SiCw+SiCp/Al等復(fù)合材料的過(guò)程中，首先遇到的是碳化硅的預(yù)制塊的制備問(wèn)題，而且SiC預(yù)制塊的制備對(duì)SiCp/Al、SiCw/Al、SiCw+SiCp/Al等復(fù)合材料的性能有較大的影響。本專利技術(shù)的目的就在于研究出一種碳化硅預(yù)制塊的制備工藝，使其能制備出品質(zhì)優(yōu)良的復(fù)合材料的預(yù)制塊。本專利技術(shù)的一種碳化硅預(yù)制塊的制備工藝，以碳化硅顆粒(SiCp)、碳化硅晶須(SiCw)、碳化硅顆粒與碳化硅晶須的混合物(SiCp+SiCw)其中的一種為原料，原料與粘結(jié)劑的水溶液以適宜的重量比攪拌混合均勻，將混合均勻的原料和粘結(jié)劑水溶液的混合液倒入到帶有過(guò)濾材料的預(yù)制塊模具中，使水份摻出，在上模加上適宜的壓力使其達(dá)到所需高度，將帶有預(yù)制塊的預(yù)制塊模具于80-200℃烘干，再將脫模后的預(yù)制塊于700～900℃燒結(jié)成碳化硅預(yù)制塊，所用的粘結(jié)劑水溶液由重量百分?jǐn)?shù)為5～10％的羧甲基纖維素(CMC)、羥甲基纖維素、乙基纖維素其中的一種，重量百分?jǐn)?shù)為3-5％的硅溶膠和余量的水組成。若以碳化硅顆粒(SiCp)與碳化硅晶須(SiCw)的混合物為原料時(shí)，以先將碳化硅晶須(SiCw)與粘結(jié)劑水溶液攪拌混合均勻后，再加入所需要量的碳化硅顆粒(SiCp)攪拌混合2-3小時(shí)，使其與碳化硅晶須混合均勻?yàn)楹谩１竟に囍衅鋽嚢杷俣葻o(wú)重要影響，以使其混合均勻?yàn)闇?zhǔn)。若碳化硅顆粒(SiCp)與碳化硅晶須(SiCw)的混合物為原料，碳化硅顆粒(SiCp)與碳化硅晶須(SiCw)的重量比可以為任意比例。以碳化硅顆粒(SiCp)為原料，原料與粘結(jié)劑水溶液的重量比為1∶0.5～3，又以1∶1～2為佳；以碳化硅晶須(SiCw)為原料，原料與粘結(jié)劑水溶液的重量比為1∶2.5～5，又以1∶3-4更好。以碳化硅顆粒(SiCp)與碳化硅晶須(SiCw)的混合物為原料，原料與粘結(jié)劑水溶液的重量比為1∶1.5～4，又以1∶2～3為更佳。在上模所加的壓力為0.01～1MPa使其達(dá)到所需的高度為宜。將帶有預(yù)制塊的預(yù)制模具于80～200℃烘2～5小時(shí)烘干后，脫模，將脫模后的預(yù)制塊于700～900℃燒結(jié)1～5小時(shí)為宜。所用的碳化硅顆粒(SiCp)的平均粒度為0.3～20微米。碳化硅顆粒(SiCp)的化學(xué)成分見表1。表1 SiC顆粒(SiCp)的化學(xué)成分SiC 游離SiO2游離Si 游離C Fe2O3≥95％ ≤0.50％ ≤0.93％≤0.28％ ≤0.53％碳化硅顆粒的物理性能見表2。表2 SiC顆粒(SiCp)的物理性能熔點(diǎn)℃密度g/cm3彈性模量(GPa)熱膨脹系數(shù)10-6/℃27353.25 57000 4.30碳化硅晶須的化學(xué)成分見表3。表3 SiC晶須(SiCw)的化學(xué)成分SiC 游離SiO2游離Si 游離C Fe2O3≥98％≤0.10％ ≤0.5％≤0.1％≤0.3％碳化硅晶須的物理性能見表4。表4 SiC晶須(SiCw)的物理性能熔點(diǎn)℃密度g/cm3彈性模量(GPa)熱膨脹系數(shù)10-6/℃27353.19 70000 5.0帶有過(guò)濾材料的預(yù)制塊模具中，所用的過(guò)濾材料為過(guò)濾布、濾紙其中的一種，所用的過(guò)濾布以200-600目的化纖過(guò)濾布為好，又以200-400目的化纖過(guò)濾布更佳。所用的水為蒸餾水或離子交換水。將燒結(jié)成的碳化硅預(yù)制塊放入模具內(nèi)，接好加熱爐。將鋁合金熔融與模具加熱同時(shí)進(jìn)行，將熔融的鋁合金液體倒入模具內(nèi)，放置上模加壓，保壓，出模而形成SiCw+SiCp/Al復(fù)合材料鑄錠。本專利技術(shù)的碳化硅預(yù)制塊的制備工藝的優(yōu)點(diǎn)就在于1．用本法所制成的碳化硅預(yù)制塊孔隙尺寸分布均勻，保證以后鋁合金熔融液完全浸漬。2．本法制成的碳化硅預(yù)制塊可使其孔隙總體積率在60～70％，顆粒體積分?jǐn)?shù)為30～40％。3．用本法制成的碳化硅預(yù)制塊具有一定的強(qiáng)度，保證壓鑄時(shí)不開裂。附圖說(shuō)明圖1預(yù)制塊制備工藝示意圖。圖1中，1為攪拌，2為過(guò)濾，3為烘干，4為碳化硅預(yù)制塊。以下用實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)的工藝作進(jìn)一步的說(shuō)明，將有助于對(duì)本專利技術(shù)的方法及其優(yōu)點(diǎn)的理解，本專利技術(shù)不受這些實(shí)施例的限定，本專利技術(shù)的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書來(lái)決定。實(shí)施例1在本實(shí)施例中以碳化硅顆粒(SiCp)為原料，碳化硅顆粒與粘接劑的水溶液的重量比為1∶1.5，攪拌混合均勻后，將混合均勻的碳化硅顆粒和粘接劑水溶液的混合液倒入帶有作為過(guò)濾材料的400目化纖濾布的預(yù)制模具中，使水份摻出，在上模加上所加的壓力為0.1MPa，將帶有預(yù)制塊的模具于100℃烘干，再將烘干脫模后的預(yù)制塊于750℃燒結(jié)成碳化硅預(yù)制塊。所用碳化硅顆粒的平均粒度為3.0微米。所用的粘結(jié)劑的水溶液由重量百分?jǐn)?shù)5.5％的羥甲基纖維素，重量百分?jǐn)?shù)為3.5％的硅溶膠和余量水所組成。所制出的碳化硅預(yù)制塊孔隙分布尺寸均勻，有一定的強(qiáng)度，壓鑄時(shí)不開裂。實(shí)施例2在本實(shí)施例中以碳化硅晶須(SiCw)為原料，碳化硅晶須與粘結(jié)劑的水溶液的重量比為1∶3.5，攪拌混合均勻后，將混合均勻的碳化硅晶須和粘結(jié)劑水溶液的混合液倒入帶有作為過(guò)濾材料的350目化纖濾布的預(yù)制模具中，使水份摻出，在上模上加上所加的壓力為0.08MPa，將帶有預(yù)制塊的模具于200℃烘干，再將烘干脫模后的預(yù)制塊于850℃燒結(jié)成碳化硅預(yù)制塊。所用的粘接劑的水溶液由重量百分?jǐn)?shù)9％的乙基纖維素，重量百分?jǐn)?shù)為4.5％的硅溶膠和余量水所組成。所制出的碳化硅預(yù)制塊孔隙分布均勻，有一定的強(qiáng)度，壓鑄時(shí)不開裂。實(shí)施例3在本實(shí)施例中以碳化硅顆粒、碳化硅晶須的混本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種碳化硅預(yù)制塊的制備工藝，其特征是，１）．以碳化硅顆粒、碳化硅晶須、碳化硅顆粒與碳化硅晶須的混合物其中的一種為原料，２）．原料與粘結(jié)劑的水溶液以適宜的重量比攪拌混合均勻，將混合均勻的原料和粘接劑的水溶液的混合液倒入到帶有過(guò)濾材料的 預(yù)制塊模具中，３）．在上模加上適宜的壓力，４）．將帶有預(yù)制塊的預(yù)制塊模具于８０～２００℃烘干，５）．將脫膜后的預(yù)制塊于７００－９００℃燒結(jié)成碳化硅預(yù)制塊，６）．所用的粘結(jié)劑水溶液由重量百分?jǐn)?shù)為５－１０％的羧甲基纖維素、羥甲基 纖維素、乙基纖維素其中的一種，重量百分?jǐn)?shù)為３－５％的硅溶膠和余量的水組成。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李義春，張奎，張少明，石力開，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：北京有色金屬研究總院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：11[中國(guó)|北京]