專利名稱：鋁與生活垃圾灰渣制備鋁基復合材料的方法
技術領域：
復合材料背景技術：
現(xiàn)代科學技術的迅猛發(fā)展對材料提出了越來越高的要求。金屬基復合材料的性能既優(yōu)于金屬材料也優(yōu)于樹脂基復合材料，其中顆粒增強金屬基復合材料是作為耐熱、耐磨、耐腐蝕材料開發(fā)的，它具有良好的力學性能和摩擦性能。一般來說，金屬及其合金的熱擴散性能好，延伸性好，但在高溫下易氧化和蠕變；陶瓷顆粒脆性大，但耐熱、耐腐蝕強。將兩種材料在一定工藝條件下復合在一起，形成的復合材料具有高強度、高硬度、高耐磨性高耐蝕性、耐高溫及熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)點。
本發(fā)明利用垃圾焚燒的灰渣作為金屬鋁基復合材料的增強相，制備鋁基復合材料。該發(fā)明既可以獲得生產(chǎn)應用的鋁基復合材料，具備金屬基復合材料所擁有的優(yōu)良性能，又能將垃圾灰渣進行資源化再利用、降低了復合材料的制作成本。該發(fā)明是利用在一定條件下在鋁金屬基體內(nèi)原位反應生成一種或幾種熱力學穩(wěn)定的增強相的一種復合方法。這種增強相一般為具有高硬度、高彈性模量和高溫強度的陶瓷顆粒，即氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、甚至硅化物，如三氧化二鋁、三氧化二釔、 炭化鈦、炭化硅、 炭化鉭、氮化鈦、硼化鈦、氮化硅等顆粒。

發(fā)明內(nèi)容
1.本發(fā)明的目的是對鋁金屬粉體與生活垃圾焚燒灰渣中的二氧化硅、三氧化二鋁、碳化硅增強體物質(zhì)進行復合，通過液相燒結(jié)制備鋁基復合材料，組織結(jié)構均勻，原位生成的氧化鋁增強體得到了彌散分布，增強了鋁質(zhì)材料的抗拉彈性模量，硬度和耐磨性能。
2、技術方案圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。首先，將鋁金屬粉體和生活垃圾灰渣粉體按質(zhì)量比例均勻混合進行混料；然后在壓制機械中進行壓制，獲得壓坯；在氮氣或氬氣保護氣氛下，進行液相燒結(jié)，得到成品鋁基復合材料。
技術條件1.鋁金屬粉體粒徑為70～150微米；2.生活拉圾焚燒灰渣粒徑為70微米以下；其主要成份和重量百分比為二氧化硅35～54％，三氧化二鋁為8～25％，碳化硅0.2～1.8％；3.鋁金屬粉體和垃圾灰渣的質(zhì)量比為60～982～40；4.壓壞壓力為5.8～11.8MPA；5.液相燒結(jié)制度為，首先以15～25℃/h的升溫速率，升溫至150～200℃，保溫8～12h，再以15～25℃/h的升溫速率，升溫至450～500℃，保溫5～8h，最后以35～50℃/h的升溫速率升溫至終了溫度，保溫0～8h，燒結(jié)終了溫度為700～980℃得成品鋁基復合材料。
與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明具有的優(yōu)點①由于避免了與基體浸潤不良的問題，因而與基體結(jié)合良好。
②增強體大小和分布較易控制，并且數(shù)量可在較大范圍內(nèi)調(diào)整。
③在保持材料較好的韌性和高溫性能的同時，可較大幅度地提高材料的強度和彈性模量。
④具有工藝簡單，操作方便，容易控制，成本低的特點，并且可制得形狀復雜、尺寸大的構件，是一種有望實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的工藝技術之一。
⑤利用生活垃圾灰渣既達到廢物的處理，穩(wěn)定垃圾灰渣中的有害成分，又達到資源化再利用的目的，同時降低復合材料的成本。
四

圖1是工藝流程圖、圖2是實施例一的燒結(jié)制度曲線圖，圖3是實施例2的燒結(jié)制度曲線圖。
五具體實施例方式
實施例11)實施條件鋁金屬粉體材料與粒徑在74μm以下的生活垃圾灰渣的質(zhì)量比為83∶17，混合均勻后在壓樣機中于6.8MPa的壓力下壓制成φ10×15mm的壓坯。送入氮氣保護氣氛圍的燒結(jié)窯中液相燒結(jié)，根據(jù)圖2的燒結(jié)制度進行液相燒結(jié)，燒結(jié)制度為，首先以20℃/h的升溫速率，升溫至180℃，保溫10h；再以18.7℃/h的升溫速率，升溫至460℃，保溫5h；最后，以52.5℃/h的升溫速率，升溫至終了溫度880℃，保溫5h，液相燒結(jié)獲得成品。
2)實施結(jié)果成品機械性能良好。熱膨脹系數(shù)為0.3，密度為2.43g/cm3，彈性模量為3014.3Mpa，耐磨性能比鋁鎂合金的提高了1.3倍。
實施例21)實施條件鋁金屬粉體材料與粒徑在74μm以下生活垃圾灰渣的質(zhì)量比為91∶9，混合均勻后在壓樣機中于5.8MPa的壓力下壓制成φ10×15mm的壓坯。送入氮氣保護氣氛圍的燒結(jié)窯中液相燒結(jié)，根據(jù)圖3的燒結(jié)制度進行液相燒結(jié)，燒結(jié)制度為，首先以22.5℃/h的升溫速率，升溫至200℃，保溫10h；再以20℃/h的升溫速率，升溫至480℃，保溫6h；最后，以37.1℃/h的升溫速率，升溫至終了溫度740℃，保溫3h，液相燒結(jié)獲得成品。
2)實施結(jié)果成品機械性能良好。熱膨脹系數(shù)為0.22，密度為2.56g/cm3，彈性模量為2250.8Mpa，耐磨性能比鋁鎂合金的提高了1.19倍。
權利要求
1.一種鋁與生活垃圾灰渣制備鋁基復合材料的方法，其特征是將鋁金屬粉末及生活垃圾灰渣按比例進行配料，混勻，在壓制機中壓制成坯體，在隋性氣氛保護下進行液相燒結(jié)，得到成品鋁基復合材料。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備鋁基復合材料的方法，其特征是鋁金屬粉體的粒度為70～150微米。
3.根據(jù)權利要求1所述的制備鋁基復合材料的方法，其特征是生活垃圾灰渣的主要成份和重量百分比為二氧化硅35～54％，三氧化二鋁8～25％，碳化硅0.2～1.8％。
4.根據(jù)權利要求1所述的制備鋁基復合材料的方法，其特征是鋁金屬粉體和金屬灰渣的質(zhì)量比為60～98∶2～40。
5.根據(jù)權利要求1所述的制備鋁基復合材料的方法，其特征是液相燒結(jié)制度為先以15～25℃/h的升溫速率升溫至150～200℃，保溫8～12h，再以15～25/h的升溫速率升溫至450～500℃，保溫5～8h，最后以35～50℃/h的升溫速率升溫至終了溫度，保溫0～8h，燒結(jié)終了溫度為700～980℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備金屬基復合材料的方法，將鋁金屬粉未及主要成分為二氧化硅、三氧化二鋁、碳化硅的生活垃圾灰渣經(jīng)過配料、混合、壓制之后，進行液相燒結(jié)，得到鋁基復合材料成品。利用在壓力和溫度條件下鋁金屬基體內(nèi)原位反應生成一種或幾種熱力學穩(wěn)定的增強相，這種增強相是具有高硬度和高溫強度的顆粒，經(jīng)過燒結(jié)，彌散分布的顆粒，增強了鋁質(zhì)材料的抗拉彈性模量，硬度和耐磨性能，既可獲得具備金屬基復合材料優(yōu)良性能的鋁基復合材料，又能將拉圾灰渣進行資源化再利用，即降低了復合材料的制作成本，又減少了對環(huán)境的污染。
文檔編號C22C1/04GK1526841SQ0313587
公開日2004年9月8日 申請日期2003年9月20日 優(yōu)先權日2003年9月20日
發(fā)明者王 華, 胡建杭, 何方, 包桂蓉, 王勝林, 王 華 申請人:昆明理工大學