氮化硼纳米片增强的铝基复合材料制备方法
阅读说明：本技术 氮化硼纳米片增强的铝基复合材料制备方法 (Preparation method of boron nitride nanosheet reinforced aluminum-based composite material ) 是由 何春年 马立世 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种氮化硼纳米片增强的铝基复合材料制备方法,包括如下步骤：原料为铝粉与氮化硼纳米片,按铝粉与氮化硼纳米片质量比(96-99):(1-4)的比例,将铝粉与氮化硼纳米片装入球磨罐中,在惰性气体氛围下,通过球磨使铝粉与氮化硼纳米片混合均匀；将球磨后的粉末装入磨具,冷压成型；将冷压块体进行半固态烧结,烧结温度为600-750℃,烧结时间为1-3小时；将半固态烧结后的块体置于挤压装置进行挤压,得到原位生成的均匀连续浸润层的铝基复合材料。(The invention relates to a preparation method of a boron nitride nanosheet reinforced aluminum-based composite material, which comprises the following steps: the method comprises the following steps of (1) putting aluminum powder and boron nitride nanosheets into a ball milling tank according to the mass ratio (96-99) to (1-4) of the aluminum powder to the boron nitride nanosheets, and uniformly mixing the aluminum powder and the boron nitride nanosheets through ball milling in an inert gas atmosphere; putting the ball-milled powder into a grinding tool, and performing cold press molding; semi-solid sintering is carried out on the cold-pressed block body, the sintering temperature is 600-750 ℃, and the sintering time is 1-3 hours; and (3) placing the semi-solid sintered block body in an extrusion device for extrusion to obtain the aluminum-based composite material of the uniform and continuous infiltration layer generated in situ.)
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种采用半固态烧结法制备氮化硼纳米片增强铝基复合材料的方法。
背景技术
铝基复合材料具有强度高、密度小、耐腐蚀、热稳定性好等优点，在汽车、电子、体育产业、航天、航空等领域的应用日益广泛。其中，新型二维材料增强铝基复合材料因其综合性能好、增强效率高、可开发潜力大，易实现规模化生产，在工业领域应用前景广阔，具有较大的应用潜力。氮化硼纳米片(h-BN)具有接近石墨烯的强度、抗氧化温度高、低膨胀系数、良好的热导率等优异性能，是一种理想的复合材料增强相。随着人工合成氮化硼纳米片的商业化生产，制备技术大幅改进，使得人工合成氮化硼纳米片的成本日益降低，其应用范围逐步扩展到复合材料制备的各个方面。
就复合材料而言，提高增强相与基体的界面结合是提升复合材料综合性能的关键因素。传统的二维材料增强铝基复合材料的制备方法为热压烧结和等离子烧结，制备的复合材料界面结合较弱，无法形成连续的界面润湿层，多为在界面形成第二相颗粒，导致强度和韧性偏低，限制了其应用范围。
因此，目前所采用的二维材料增强铝基复合材料的制备方法所制备的复合材料的界面结合强度有待提高，目前，尚未发现有文献报道一种能够简单快捷地制备出氮化硼纳米片增强铝基复合材料并且能够产生连续浸润层的技术。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种氮化硼纳米片增强铝基复合材料的半固态烧结制备方法，能够制备出具有连续浸润层的氮化硼纳米片增强铝基复合材料。技术方案如下：
一种氮化硼纳米片增强的铝基复合材料制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)原料为铝粉与氮化硼纳米片，按铝粉与氮化硼纳米片质量比(96-99):(1-4)的比例，将铝粉与氮化硼纳米片装入球磨罐中，在惰性气体氛围下，通过球磨使铝粉与氮化硼纳米片混合均匀；
(2)将球磨后的粉末装入磨具，冷压成型；
(3)将冷压块体进行半固态烧结，烧结温度为600-750℃，烧结时间为1-3小时；
(4)将半固态烧结后的块体置于挤压装置进行挤压，得到原位生成的均匀连续浸润层的铝基复合材料。
本发明的优点如下：
本发明的BN纳米片增强的铝基复合材料制备方法具有时间短、工艺简单，生产成本低，适于工业化生产的特点。采用本发明制备的块体铝基复合材料具有连续的界面浸润层、洁净、具有较高的强度。
与现有技术相比，本发明所制备的氮化硼纳米片增强铝基复合材料，采用半固态烧结条件，氮化硼纳米片的质量分数在1-8％之间变化；复合材料的断裂强度在200-400MPa，断裂延伸率在5-20％；该系列参数明显高于传统方式(热压或等离子)烧结。
附图说明
图1为氮化硼纳米片与铝粉混合后的扫描电镜图；
图2为本发明实例中的方法得到的氮化硼纳米片增强铝基复合材料的透射电镜图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
实施例一
在本实施例中，具体的制备过程如下：
将铝粉与氮化硼纳米片以99:1的质量比进行均匀混合；
将混合物倒入密闭的混料罐内，置于行星式混料机上，以400转/分钟的转速进行混合，混合时间为4小时；
将混合好的复合粉末料，置于粉末成型模具内，以500MPa的压强将粉末预压成圆柱状块体，然后进行半烧结，烧结温度为600℃，时间60分钟。
将烧结后的块体置于立体挤压装置中，然后进行挤压，挤压温度为550℃，挤压压力为800MPa。
采用上述制备方法，所获得的样品断裂强度为200MPa，延伸率为20％。
实施例二
在本实施例中，具体的制备过程如下：
将铝粉与氮化硼纳米片以98:2的质量比进行均匀混合；
将混合物倒入密闭的混料罐内，置于行星式混料机上，以400转/分钟的转速进行混合，混合时间为4小时；
将混合好的复合粉末料，置于粉末成型模具内，以500MPa的压强将粉末预压成圆柱状块体，然后进行烧结，烧结温度为650℃，时间90分钟。
将烧结后的块体置于立体挤压装置中，然后进行挤压，挤压温度为550℃，挤压压力为800MPa。
采用上述制备方法，所获得的样品断裂强度为250MPa，延伸率为15％。
申请人发现，在上面的两个实施例中，虽然也可以制成氮化硼纳米片增强铝基复合材料，但是断裂强度并不十分理想。
因此，发明人对制备铝基复合材料的流程和配比进行了优化，发现一种能够显著提升复合材料强度的方式。下面将结合实施例3-5来详细介绍。
实施例3
在本实施例中，具体的制备过程如下：
将铝粉与氮化硼纳米片以96:4的质量比进行均匀混合；
将混合物倒入密闭的混料罐内，置于行星式混料机上，以400转/分钟的转速进行混合，混合时间为4小时；
将混合好的复合粉末料，置于粉末成型模具内，以500MPa的压强将粉末预压成圆柱状块体，然后进行半固态烧结，烧结温度为750℃，时间90分钟。
将烧结后的块体置于立体挤压装置中，然后进行挤压，挤压温度为550℃，挤压压力为800MPa。
采用上述制备方法，所获得的样品断裂强度为400MPa，延伸率为12％。
通过对比可以发现，本实施例中所获得样品的强度要明显高于上面实施例。
实施例4
在本实施例中，采用与实施例3类似的烧结方法进行烧结，只是在本实施例中，原料配比与实施例3有所区别。
具体而言，本实施例的制备过程如下：
将铝粉与氮化硼纳米片以94:6的质量比进行均匀混合；
将混合物倒入密闭的混料罐内，置于行星式混料机上，以400转/分钟的转速进行混合，混合时间为4小时；
将混合好的复合粉末料，置于粉末成型模具内，以500MPa的压强将粉末预压成圆柱状块体，然后进行半固态烧结，烧结温度为750℃，时间180分钟。
将烧结后的块体置于立体挤压装置中，然后进行挤压，挤压温度为550℃，挤压压力为800MPa。
采用上述制备方法，所获得的样品断裂强度为370MPa，延伸率为6％。
本发明的氮化硼纳米片增强的铝基复合材料制备方法具有时间短、工艺简单，生产成本低，适于工业化生产的特点。采用本发明制备的块体铝基复合材料具有连续的界面浸润层、洁净、具有较高的强度。
与现有技术相比，本发明所制备的氮化硼纳米片增强铝基复合材料，采用半固态烧结条件，氮化硼纳米片的质量分数在1-6％之间变化；复合材料的断裂强度在200-400MPa，断裂延伸率在5-20％；该系列参数明显高于传统方式(热压或等离子)烧结。