技术领域
[0001] 本发明涉及铝基复合材料技术领域，更具体地，涉及一种增强体增强铝基复合材料及其制备方法。
相关背景技术
[0002] 铝基复合材料因其具有高强度、比刚度以及耐磨损等性能，在航空航天、汽车制造、机械电子、空间技术等领域具有广阔的应用前景。目前，铝基复合材料已经能够部分取代传统铝合金材料，并已成为金属基复合材料研究和发展的主流之一。
[0003] 现有技术中，在将增强体引入铝基时，例如将硬质增强体碳化硅引入铝基时，通常采用外加法，而外加法制备碳化硅增强铝基复合材料，具有界面易污染、界面能较高、基体和增强相粒子结合性差等缺点，导致塑性大幅度下降，碳化硅增强体易于团聚，且与铝基体界面结合性差，从而限制了复合材料的力学性能提升，使得其应用受到了局限。
具体实施方式
[0034] 现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
[0035] 以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
[0036] 对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0037] 在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0038] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0039] 下面结合具体实施例对根据本发明实施例的增强体增强铝基复合材料及其制备方法。
[0040] 根据本发明实施例的增强体增强铝基复合材料包括铝基体和增强体，增强体的原料和铝基体通过粉末冶金法制备得到增强体增强铝基复合材料，其中，原料分布于铝基体的颗粒的外表面，原料在铝基体上原位生成的增强体呈三维网状分布。
[0041] 换言之，根据本发明实施例的增强体增强铝基复合材料含有铝基体和增强体，网状的增强体分布在铝基体上。
[0042] 具体地，增强体的原料和铝基体通过粉末冶金工艺制备得到产物增强体增强铝基复合材料。其中粉末冶金技术是制取金属粉末，实施成形和烧结，制成材料或者制品的加工方法或工艺技术。
[0043] 而现有技术中通过外加法制备增强体增强铝基复合材料，例如通过外加法制备碳化硅增强铝基复合材料，外加法为直接添加增强体，具有界面易被污染、界面能较高、基体和增强相粒子结合性差等缺点，从而限制了复合材料的力学性能提升，使得其应用受到了局限。
[0044] 在本实施例的粉末冶金工艺实施的过程中，由于原料分布于铝基体的颗粒的外表面，有利于形成网状构型结构，也就是说，在增强体增强铝基复合材料中，原位生成的增强体呈网状分布。
[0045] 网状分布的增强体可解决复合材料强‑塑性倒置问题。其中，强‑塑性倒置问题为强度和塑性不能兼顾，强度增加而塑性降低，或者塑性增加而强度降低的问题。需要说明的是，如果将原料颗粒的至少一部分嵌入到铝颗粒内部时，将会导致难以形成上述网状构型结构。
[0046] 此外，在粉末冶金工艺实施的过程中还同步实现原位反应得到了增强体，即原料通过原位反应生成增强体，原料与铝基体之间的界面润湿性差的技术问题。
[0047] 由此，本发明通过网状构型设计，采用粉末冶金技术原位生成增强体增强铝基复合材料，在粉末冶金工艺中利用原位反应生成了网状分布的增强体，改善原料与铝基体之间的界面润湿性差的技术问题，并且网状分布的增强体可解决复合材料强‑塑性倒置问题。
[0048] 根据本发明的一个实施例，原料包含第一原料和第二原料，第一原料和第二原料组成第一复合原料，第一复合原料和铝基体通过粉末冶金法制备得到增强体增强铝基复合材料。
[0049] 也就是说，增强体的原料可以为复合材料，增强体的原料可以包括第一原料和第二原料。在制备时，第一原料和第二原料可以组成第一复合原料，第一原料和第二原料之间具有化学键，例如第一复合原料为纳米碳‑硅复合粉末。随后，将第一复合原料和铝基体进行混合，混合后可以通过粉末冶金法原位生成的增强体增强铝基复合材料，其中，在增强体增强铝基复合材料中原位生成的增强体呈三维网状分布。
[0050] 需要说明的是，通过将第一原料和第二原料混合后，再与铝基体混合的方式可以确保充分反应生成增强体。例如，通过将硅粉和碳粉末混合后，再与铝粉末混合的方式，可以确保硅和碳充分接触，确保充分反应生成碳化硅增强体。
[0051] 根据本发明的一个实施例，原料包括硅和碳，增强体为碳化硅，也就是说。原料在粉末冶金法实施的过程中原位生成碳化硅，碳化硅可以起到硬质增强的效果，使得碳化硅增强铝基复合材料具有较高的模量和较大的强度。例如第一原料包含硅元素，第二原料包含碳元素，第一原料和第二原料可以在粉末冶金法实施的过程中原位生成碳化硅。
[0052] 在本发明的一些具体实施方式中，原料包含硅粉和纳米碳，纳米碳包括石墨烯、碳纳米管和碳纤维中的至少一种。也就是说，通过硅粉提供硅元素，通过纳米碳提供碳元素。例如，第一原料为硅粉，第二原料为纳米碳。此外，通过采用纳米碳，有利于使得纳米碳分布在硅粉颗粒的外表面，使硅和碳充分接触，进而有利于硅和碳进行原位反应得到碳化硅增强体。
[0053] 根据本发明的一个实施例，按质量百分比计，铝基体的含量为50wt％～99.9wt％，增强体的含量为0.1wt％～50.0wt％，通过采用该范围的铝基体和增强体不仅能够起到较高的强化作用，还能够提高增强体的分布均匀性。例如，在增强体选用碳化硅时，以增强体增强铝基复合材料的总质量为基准，增强体的含量可以为0.1wt％～50.0wt％，铝合金基体的总含量为50wt％～99.9wt％。
[0054] 需要说明的是，如果碳化硅的含量小于0.1wt％，易于导致强化作用较低，如果碳化硅的含量大于50.0wt％，易于出现团聚，分散不均匀的情况，将易于影响复合材料的性能。例如，以增强体增强铝基复合材料的总质量为基准，碳化硅的含量不低于0.1wt％，不高于50.0wt％。可选地，铝基体的含量为50wt％、60wt％、80wt％、90wt％、99.9wt％等，增强体的含量为0.1wt％、0.5wt％、10wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50.0wt％等，能够兼顾强化作用以及分布均匀性。
[0055] 本发明还提供了一种增强体增强铝基复合材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：将增强体的原料和铝基体通过粉末冶金法制备得到增强体增强铝基复合材料，其中，原料分布于铝基体的颗粒的外表面，原料在铝基体上原位生成的增强体呈三维网状分布。
[0056] 也就是说，在制备增强体增强铝基复合材料时，可以将增强体的原料和铝基体通过粉末冶金法法制备得到增强体增强铝基复合材料。一方面，由于原料分布于铝基体的颗粒的外表面，可以使得原料在铝基体上原位生成的增强体呈三维网状分布；又一方面，在粉末冶金工艺实施过程中，通过原位反应得到增强体，改善原料与铝基体之间的界面润湿性差的技术问题。
[0057] 在本实施例中，通过采用粉末冶金工艺，利用原位反应生成了网络分布的增强体，改善了增强体和铝基体的界面润滑性差的问题，解决了增强体易团聚的问题。
[0058] 根据本发明的一个实施例，增强体的原料包括第一原料和第二原料，制备方法包括如下步骤：将第一原料和第二原料组成第一复合原料；将第一复合原料和铝基体通过粉末冶金法制备得到增强体增强铝基复合材料，其中，在增强体增强铝基复合材料中原位生成的增强体呈三维网状分布。
[0059] 其中，在增强体为碳化硅时，第一原料可以为硅粉，第二原料可以为纳米碳材料，将硅粉和纳米碳材料原位反应生成可以得到碳化硅增强体。
[0060] 可选地，纳米碳材料可以包括石墨烯、碳纳米管以及碳纤维等中的至少一种，铝基体可以选用商用铝粉。
[0061] 根据本发明的一个实施例，粉末冶金法包括以下步骤：利用湿法混粉工艺将第一原料分散到第二原料的外表面，得到第一原料和第二原料组成的第一复合原料。
[0062] 在本实施中，通过采用湿法混合工艺有利于保证原料结构完整，例如保证纳米碳结构完好，从而可以避免后续热加工过程中引发发C‑Al界面反应生成Al4C3硬脆相。如果制备第一复合材料的步骤中采用传统的球磨混粉工艺，易于造成其结构的破坏。
[0063] 例如，在增强体为碳化硅时，第一原料可以为纳米碳材料，第二原料可以为硅颗粒，可以采用湿法混粉工艺分散纳米碳材料于硅颗粒外表面，得到纳米碳‑硅复合粉末。
[0064] 可选地，湿法混粉工艺参数为搅拌速度为200rpm/min～1000rpm/min、搅拌时间为1h～10h，以实现纳米碳均匀分散于硅颗粒表面。需要说明的是，如果搅拌时间过长或者搅拌转速过大，易于造成纳米碳结构被破坏，而如果搅拌时间过短或者搅拌转速过小，会造成纳米碳难以均匀分散。
[0065] 在本发明的一些具体实施方式中，粉末冶金法包括以下步骤：通过低能球磨工艺将粉末状的原料与粉末状的铝基体进行混合，将原料分布于铝基体的颗粒的外表面。也就是说，利用低速球磨将原料附着于铝颗粒表面。需要说明的是，在本实施例中，通过采用低能球磨工艺可以较好地将混合粉末分散在铝颗粒的表面，从而有利于形成网状结构。如果采用其他工艺，易于导致铝颗粒变形，导致复合粉末分散于铝颗粒内部，从而不利于形成所需的网状构型材料。
[0066] 例如，在增强体为碳化硅时，可以利用低能球磨工艺将纳米碳‑硅复合粉末分散于铝颗粒表面，即利用低速球磨将纳米碳‑硅复合粉末附着于铝颗粒表面制备出纳米碳‑硅/铝复合粉末。
[0067] 可选地，低速球磨的工艺参数为球料比5：1～10：1，球磨转速100rpm/min～250rpm/min以及球磨时间1h～10h。通过采用该范围的球料比、球磨转速以及球磨时间，有利于将混合粉末分散在铝颗粒的表面，从而有利于形成网状结构。
[0068] 根据本发明的一个实施例，制备方法还包括热压和烧结处理步骤，进行原位生成增强体增强铝基复合材料。其中，通过热压过程可以制备复合材料成型，通过烧结可以促进碳与硅反应生成所需增强相。
[0069] 例如，在增强体为碳化硅时，可以利用热压成型以及高温烧结获得碳化硅增强铝基复合材料。具体地，将纳米碳‑硅/铝复合粉末在高温下进行热压成型和烧结处理，最终获得网状碳化硅增强铝基复合材料。
[0070] 根据本发明的一个实施例，按质量百分比计，铝基体的含量为50wt％～99.9wt％，增强体的含量为0.1wt％～50.0wt％，通过采用上述范围的含量，有利于提高增强体的分布均匀性，避免出现团聚现象。
[0071] 可选地，在铝基体的含量为50wt％～99.9wt％，增强体的含量为0.1wt％～50.0wt％的基础上，控制湿法混粉工艺中搅拌速度为200rpm/min～1000rpm/min、搅拌时间为1h～10h，低能球磨工艺中的球料比5：1～10：1，球磨转速100rpm/min～250rpm/min以及球磨时间1h～10h。通过限定以上条件，可以控制碳化硅呈三维网状分布，解决复合材料的强‑塑性倒置的问题。例如，控制铝粉、硅粉的粒径、低速球磨工艺参数、湿法混粉工艺参数等，制备出网状材料。
[0072] 可选地，热压成型的工艺参数为温度400℃～600℃，压力100MPa～400MPa，保压30min～60min；高温烧结条件为400℃～600℃下保温0.5h～5h。需要说明的是，如果温度过高/压力过大易于导致需要增加准备成本，同时导致复合材料组织出现过烧的问题；如果温度过低/压力过小易于导致复合材料组织疏松，内部存在空洞等缺陷。
[0073] 在本发明的一些具体实施方式中，增强体为碳化硅。下面以碳化硅为例对本发明的增强体增强铝基复合材料及其步骤进行详细说明。
[0074] (1)制备纳米碳溶液。
[0075] 根据复合材料中碳化硅所占质量百分比0.1％～50.0％，称取0.03wt％～15.0wt％纯度为99.9％以上的纳米碳加入到500mL～1500mL乙醇中，以200rpm/min～
1000rpm/min的转速进行机械搅拌1h～10h，获得纳米碳溶液。
[0076] (2)制备纳米碳‑硅复合粉末。
[0077] 根据复合材料中碳化硅所占质量百分比0.1％～50.0％，称取0.07wt％～35.0wt％纯度为99.9％以上，粒径为2μm～20μm的硅粉加入到步骤(1)制备出的纳米碳溶液中，并以200rpm/min～1000rpm/min的转速进行机械搅拌1h～10h，同时利用水浴加热坩埚加热至100℃加速乙醇溶剂蒸发，最终获得纳米碳‑硅复合粉末。
[0078] (3)制备纳米碳‑硅/铝复合粉末。
[0079] 根据复合材料中碳化硅所占质量百分比0.1％～50.0％，称取50wt％～99.9wt％，粒径为100μm～2000μm的铝粉。在充满氩气的手套箱中，将0.1wt％～50.0wt％的纳米碳‑硅复合粉末和50.0wt％～99.9wt％的铝粉装进球磨罐子中，球料比为10：1～15：1，分别以100rpm/min～250rpm/min球磨转速在行星式球磨机上球磨1h～10h。通过低速球磨致使纳米碳‑硅复合粉末分布于铝颗粒外表面。
[0080] (4)制备热压套筒。
[0081] 采用机械加工制备出直径为20mm～60mm，高度为100mm～150mm，厚度为2mm～3mm的铝合金套筒。
[0082] (5)热压制备纳米碳‑硅/铝复合材料锭坯。
[0083] 将步骤(3)制备出的纳米碳‑硅/铝复合粉末装进步骤(4)制备的热压铝合金套筒中，分别在400℃～600℃，100MPa～400MPa下保压30min～60min，最终获得纳米碳‑硅/铝复合材料锭坯。
[0084] (6)原位反应生成碳化硅/铝基复合材料。
[0085] 将步骤(5)中制备的纳米碳‑硅/铝复合材料锭坯在通入氩气或氢气的高温炉中进行烧结处理，烧结条件为在400℃～600℃下保温0.5h～5h，确保纳米碳与铝完全反应生成碳化硅增强相，最终获得碳化硅颗粒呈网状分布的铝复合材料，即得到增强体增强铝基复合材料，且铝基体的含量为50wt％～99.9wt％，增强体的含量为0.1wt％～50.0wt％。
[0086] 也就是说，本发明的实施例中碳化硅增强铝基复合材料的制备步骤可以大致分为如图1中的步骤：S1、湿法混粉；S2、球磨混粉；S3、热压成型；S4、真空烧结。
[0087] 此外，本发明的实施例中可以利用粉末冶金技术原位生成碳化硅增强铝基复合材料，通过控制条件可以生成三维网状分布碳化硅增强铝基复合材料。其中湿法混粉工艺可以用于分散纳米碳材料于硅颗粒外表面。低能球磨工艺可以将纳米碳‑硅复合粉末分散于铝颗粒表面。利用热压成型以及高温烧结，有利于获得三维网状分布碳化硅增强铝基复合材料。需要说明的是，利用纳米碳与硅原位反应生成碳化硅增强体，改善了碳化硅与铝基体界面润湿性差的问题。
[0088] 也就是说，本发明的实施例可以制备出准连续组织结构的网状构型金属基复合材料。通过增加增强体空间连续性，能够提高复合材料的强度及模量。而高连续增强体两侧的基体合金结构完整，能够充分发挥良好的塑韧性并钝化裂纹尖端。
[0089] 本发明实施例的增强体增强铝基复合材料及其制备方法至少具有以下优点：
[0090] (1)利用粉末冶金技术原位生成三维网状分布碳化硅增强铝基复合材料，其中网状分布的碳化硅增强体不仅可以提高复合材料强度，而且解决碳化硅增强铝基复合材料强‑塑性倒置的问题；
[0091] (2)利用纳米碳与硅原位反应生成碳化硅增强体，改善了碳化硅与铝基体界面结合差的问题，避免了外加法对碳化硅的破坏，从而提高碳化硅的强化效果；
[0092] (3)利用湿法混粉分散纳米碳于硅颗粒的表面，可减少对纳米碳结构的破坏，保证了纳米碳结构完好，避免C‑Al界面反应。
[0093] 下面结合具体实施例对本发明的增强体增强铝基复合材料及其制备方法进行详细说明。
[0094] 实施例1
[0095] (1)制备氧化石墨烯溶液。
[0096] 根据铝基复合材料中碳化硅所占质量百分比20.0％，称取6.0wt％，纯度为99.9％以上的氧化石墨烯，将以上氧化石墨烯加入到500mL乙醇中，以200rpm/min的转速进行机械搅拌5h，获得氧化石墨烯溶液。
[0097] (2)制备氧化石墨烯‑硅复合粉末。
[0098] 根据铝基复合材料中碳化硅所占质量百分比20.0％，称取14.0wt％，纯度为99.9％，粒径为5μm的硅粉，将以上硅粉加入到步骤(1)制备出的氧化石墨烯溶液中，并以
1000rpm/min的转速进行机械搅拌3h，同时利用水浴加热坩埚加热至100℃加速乙醇溶剂蒸发，最终获得纳米碳‑硅复合粉末，结合图2可以看出氧化石墨烯均匀分散于硅颗粒的表面。
[0099] (3)制备氧化石墨烯‑硅/铝复合粉末。
[0100] 根据铝基复合材料中铝基体所占质量百分比80％，称取80.0wt％，粒径为1000μm的纯铝粉。在充满氩气的手套箱中，将20.0wt％的纳米碳‑硅复合粉末和80.0wt％的纯铝粉装进球磨罐子中，球料比为10：1，以100rpm/min球磨转速在行星式球磨机上球磨1h，制备出氧化石墨烯‑硅/铝复合粉末，如图3所示。
[0101] 经过低速机械球磨后氧化石墨烯‑硅复合粉末附着于铝颗粒表面(如图4所示)，为了进一步说明氧化石墨烯‑硅粉在铝颗粒表面分布情况，利用面扫描对其进行分析，其结果如图5所示，图5是图4的放大图，相当于对铝颗粒表面进行放大观察，并进行面扫描分析，可以看出表面覆盖一层石墨烯和硅粉，并且较为均匀。也就是说，结合图5可以看出氧化石墨烯‑硅复合粉末均匀分散于铝颗粒表面。
[0102] (4)制备热压套筒。
[0103] 采用机械加工制备出直径为30mm，高度为100mm，厚度为2mm的铝合金套筒。
[0104] (5)热压制备氧化石墨烯‑硅/铝复合材料锭坯。
[0105] 将步骤(3)制备出的氧化石墨烯‑硅/铝复合粉末装进步骤(4)制备的热压铝合金套筒中，在505℃、300MPa下保压30min，最终获得氧化石墨烯‑硅/铝复合材料锭坯。
[0106] (6)原位反应生成碳化硅/铝基复合材料。
[0107] 将步骤(5)中制备的氧化石墨烯‑硅/铝复合材料锭坯在通入氩气的高温炉中进行烧结处理，烧结条件为在550℃下保温2h，确保纳米碳与铝完全反应生成碳化硅增强相，对其显微组织观察。如图6所示，可以发现原位生成的碳化硅颗粒呈网状分布于铝基体中。此外，如图7所示，原位生成碳化硅‑铝界面结合完好，无明显缺陷存在，表面有利于提高铝基复合材料的强‑塑性。
[0108] 实施例2
[0109] (1)制备氧化石墨烯溶液。
[0110] 根据铝基复合材料中碳化硅所占质量百分比40.0％，称取12.0wt％，纯度为99.9％以上的氧化石墨烯，将以上氧化石墨烯加入到800mL乙醇中，以300rpm/min的转速进行机械搅拌6h，获得氧化石墨烯溶液。
[0111] (2)制备氧化石墨烯‑硅复合粉末。
[0112] 根据铝基复合材料中碳化硅所占质量百分比40.0％，称取28.0wt％，纯度为99.9％，粒径为5μm的硅粉，将以上硅粉加入到步骤(1)制备出的氧化石墨烯溶液中，并以
1000rpm/min的转速进行机械搅拌3h，同时利用水浴加热坩埚加热至100℃加速乙醇溶剂蒸发，最终获得纳米碳‑硅复合粉末，氧化石墨烯均匀分散于硅颗粒的表面。
[0113] (3)制备氧化石墨烯‑硅/铝复合粉末。
[0114] 根据铝基复合材料中铝基体所占质量百分比60％，称取60.0wt％，粒径为1000μm的纯铝粉。在充满氩气的手套箱中，将40.0wt％的纳米碳‑硅复合粉末和60.0wt％的纯铝粉装进球磨罐子中，球料比为10：1，以150rpm/min球磨转速在行星式球磨机上球磨2h，制备出氧化石墨烯‑硅/铝复合粉末。
[0115] 经过低速机械球磨后氧化石墨烯‑硅复合粉末附着于铝颗粒表面，铝颗粒表面覆盖一层石墨烯和硅粉，并且较为均匀。
[0116] (4)制备热压套筒。
[0117] 采用机械加工制备出直径为30mm，高度为100mm，厚度为2mm的铝合金套筒。
[0118] (5)热压制备氧化石墨烯‑硅/铝复合材料锭坯。
[0119] 将步骤(3)制备出的氧化石墨烯‑硅/铝复合粉末装进步骤(4)制备的热压铝合金套筒中，在505℃、300MPa下保压30min，最终获得氧化石墨烯‑硅/铝复合材料锭坯。
[0120] (6)原位反应生成碳化硅/铝基复合材料。
[0121] 将步骤(5)中制备的氧化石墨烯‑硅/铝复合材料锭坯在通入氩气的高温炉中进行烧结处理，烧结条件为在550℃下保温2h，确保纳米碳与铝完全反应生成碳化硅增强相，对其显微组织观察，可以发现原位生成的碳化硅颗粒呈网状分布于铝基体中。此外，原位生成碳化硅‑铝界面结合完好，无明显缺陷存在，表面有利于提高铝基复合材料的强‑塑性。
[0122] 实施例3
[0123] (1)制备氧化石墨烯溶液。
[0124] 根据铝基复合材料中碳化硅所占质量百分比10.0％，称取3.0wt％，纯度为99.9％以上的氧化石墨烯，将以上氧化石墨烯加入到500mL乙醇中，以200rpm/min的转速进行机械搅拌5h，获得氧化石墨烯溶液。
[0125] (2)制备氧化石墨烯‑硅复合粉末。
[0126] 根据铝基复合材料中碳化硅所占质量百分比10.0％，称取7.0wt％，纯度为99.9％，粒径为5μm的硅粉，将以上硅粉加入到步骤(1)制备出的氧化石墨烯溶液中，并以
1000rpm/min的转速进行机械搅拌3h，同时利用水浴加热坩埚加热至100℃加速乙醇溶剂蒸发，最终获得纳米碳‑硅复合粉末，氧化石墨烯均匀分散于硅颗粒的表面。
[0127] (3)制备氧化石墨烯‑硅/铝复合粉末。
[0128] 根据铝基复合材料中铝基体所占质量百分比90％，称取90.0wt％，粒径为1000μm的纯铝粉。在充满氩气的手套箱中，将10.0wt％的纳米碳‑硅复合粉末和90.0wt％的纯铝粉装进球磨罐子中，球料比为8：1，以200rpm/min球磨转速在行星式球磨机上球磨3h，制备出氧化石墨烯‑硅/铝复合粉末。
[0129] 经过低速机械球磨后氧化石墨烯‑硅复合粉末附着于铝颗粒表面，铝颗粒表面覆盖一层石墨烯和硅粉，并且较为均匀。
[0130] (4)制备热压套筒。
[0131] 采用机械加工制备出直径为30mm，高度为100mm，厚度为2mm的铝合金套筒。
[0132] (5)热压制备氧化石墨烯‑硅/铝复合材料锭坯。
[0133] 将步骤(3)制备出的氧化石墨烯‑硅/铝复合粉末装进步骤(4)制备的热压铝合金套筒中，在505℃、300MPa下保压30min，最终获得氧化石墨烯‑硅/铝复合材料锭坯。
[0134] (6)原位反应生成碳化硅/铝基复合材料。
[0135] 将步骤(5)中制备的氧化石墨烯‑硅/铝复合材料锭坯在通入氩气的高温炉中进行烧结处理，烧结条件为在550℃下保温2h，确保纳米碳与铝完全反应生成碳化硅增强相，对其显微组织观察，可以发现原位生成的碳化硅颗粒呈网状分布于铝基体中。此外，原位生成碳化硅‑铝界面结合完好，无明显缺陷存在，表面有利于提高铝基复合材料的强‑塑性。
[0136] 对比例1
[0137] (1)制备碳化硅/铝复合粉末。
[0138] 根据铝基复合材料中铝基体所占质量百分比80％，称取80.0wt％，粒径为1000μm的纯铝粉；碳化硅所占质量百分比20.0％，称取20.0wt％纯度为99.9％，粒径为5μm的碳化硅粉。
[0139] 在充满氩气的手套箱中，将20.0wt％的碳化硅粉末和80.0wt％的纯铝粉装进球磨罐子中，球料比为10：1，以100rpm/min球磨转速在行星式球磨机上球磨1h，制备出碳化硅/铝复合粉末，其宏观形貌如图8所示。经过机械球磨后铝颗粒外表面光亮，无明显碳化硅颗粒附着(如图9所示)。
[0140] 为了进一步说明碳化硅颗粒在铝粉中分布情况，对其放大观察如图10所示，发现碳化硅分布于冷焊铝颗粒内部，并且出现碳化硅破碎的现象。
[0141] 需要说明的是，碳化硅为陶瓷颗粒相，具有坚硬特性，在球磨过程中易于嵌入到铝颗粒里面，如图10所示，因此无明显碳化硅颗粒附着。相比而言，实施例1至实施例3中的硅粉和石墨烯为非陶瓷材料，坚硬程度较低，因此较为不易嵌入到颗粒里面。
[0142] (2)制备热压套筒。
[0143] 采用机械加工制备出直径为30mm，高度为100mm，厚度为2mm的铝合金套筒。
[0144] (3)热压制备氧化石墨烯‑硅/铝复合材料锭坯。
[0145] 将步骤(1)制备出的碳化硅/铝复合粉末装进步骤(4)制备的热压铝合金套筒中，在505℃、300MPa下保压30min，最终获得碳化硅/铝复合材料锭坯。
[0146] (4)碳化硅/铝基复合材料烧结处理。
[0147] 将步骤(3)中制备的碳化硅/铝复合材料锭坯在通入氩气的高温炉中进行烧结处理，烧结条件为在550℃下保温2h，对其显微组织观察如图11所示，碳化硅‑铝界面结合处存在明显的空洞等缺陷，这不利于铝基复合材料的强‑塑性的提升。
[0148] 需要说明地是，对比例1与实施例1相比，对比例1中的碳化硅为外加法引入。
[0149] 下面对实施例1至实施例3的碳化硅/铝基复合材料以及对比例1的碳化硅/铝基复合材料分别进行组织观察与力学性能测试，其分析结果如下表表1所示：
[0150] 表1组织观察与力学性能测试结果
[0151]
[0152]
[0153] 其中，可以按照如下测试步骤以及条件进行测试。
[0154] 将氧化石墨烯浆料添加到乙醇中进行机械搅拌对其分散，从而制备出氧化石墨烯溶液。随后，将硅颗粒粉末添加到氧化石墨烯溶液中并进行机械搅拌，同时利用水域坩埚进行加热蒸发乙醇溶剂，从而获得氧化石墨烯‑硅复合粉末，发现氧化石墨烯分布于氧化石墨烯的表面。
[0155] 为了进一步阐明氧化石墨烯的分布，对实施例1的产物进行面扫描分析，如图2所示，发现氧化石墨烯均匀分散于硅颗粒的表面。
[0156] 实施例1中将氧化石墨烯‑硅复合粉末和铝粉进行低速球磨混合，制备出氧化石墨烯‑硅/铝复合粉末，如图3所示。如图4所示，经过低速机械球磨后氧化石墨烯‑硅复合粉末附着于铝颗粒表面。为了进一步说明氧化石墨烯‑硅粉在Al颗粒表面分布情况，利用面扫描对其进行分析，其结果如图5所示，发现氧化石墨烯‑硅复合粉末均匀分散于铝颗粒表面。
[0157] 实施例1中将氧化石墨烯‑硅复合粉末在进行热压成型以及高温烧结制备出块体复合材料，对其显微组织观察，如图6所示，发现原位生成的碳化硅颗粒呈网状分布于铝基体中。此外，如图7所示，原位生成碳化硅‑铝界面结合完好，无明显缺陷存在，这有利于提高铝基复合材料的强‑塑性。
[0158] 而对比例1中采用外加法，如图8至图11所示，可以看出外加法易于导致增强体碳化硅受到破坏断裂，进而导致对比例1的断裂延伸率最低。
[0159] 总而言之，本发明能够利用粉末冶金技术原位生成碳化硅增强铝基复合材料，解决了增强体与铝基体界面结合性差等问题。
[0160] 虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
