CN118086800B - 一种高强高韧铝基碳化硅复合材料及制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及铝基碳化硅复合材料制备技术领域，尤其是一种高强高韧铝基碳化硅复合材料及制备工艺。一种高强高韧铝基碳化硅复合材料是由以下质量百分比的原料制成：30‑36%的表面改性型碳化硅粉、4‑8%的表面改性型纳米碳纤维、3‑6%的表面改性型多壁碳纳米管、0.5‑2%的表面改性型晶须组合物、余量为铝合金粉。本申请中制备的铝基碳化硅复合材料具有较好的力学强度同时具有良好的冲击韧性。
Description
技术领域
本申请涉及铝基碳化硅复合材料制备技术领域，尤其是涉及一种高强高韧铝基碳化硅复合材料及制备工艺。
背景技术
碳化硅颗粒增强铝基复合材料是以碳化硅颗粒作为增强相，以铝或铝合金作为基体通过粉末冶金工艺制备的高性能铝基复合材料，具有密度和价格成本低、高温性能良好、耐腐蚀耐磨、比强度和比弹性模量高等特点。
目前，铝基碳化硅复合材料在实际应用中存在冲击韧性不足的问题，主要是因为作为增强相的碳化硅与铝合金界面相容性较差，导致增强相的碳化硅与铝合金的结合强度较低，主要原因如下：碳化硅颗粒在铝基体中的分布不均匀，导致碳化硅颗粒增强铝基复合材料在受力时出现局部应力集中的情况，从而降低材料的整体韧性和强度，也会导致碳化硅颗粒增强铝基复合材料综合性能不稳定其质量稳定性差，不易于工业化生产。碳化硅与铝合金的接触角过高会导致两者之间的结合面积减小，从而影响增强相的碳化硅与铝合金界面结合强度，从而影响铝基碳化硅复合材料的整体性能。针对上述现有技术存在的问题，发明人提供了一种高强高韧铝基碳化硅复合材料及制备工艺。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种高强高韧铝基碳化硅复合材料及制备工艺。
本申请提供的一种高强高韧铝基碳化硅复合材料，是通过以下技术方案得以实现的：
一种高强高韧铝基碳化硅复合材料是由以下质量百分比的原料制成：30-36%的表面改性型碳化硅粉、4-8%的表面改性型纳米碳纤维、3-6%的表面改性型多壁碳纳米管、0.5-2%的表面改性型晶须组合物、余量为铝合金粉；
所述铝合金粉为6061铝合金粉、6063铝合金粉、6013铝合金粉中的至少一种；
所述表面改性型晶须组合物包括复合型晶须载体和固定于复合型晶须载体表面的界面改性粒子A，所述复合型晶须载体为碳化硅晶须、氧化锌晶须搭配钛酸钾晶须、碳化钛晶须中的至少一种组成；所述界面改性粒子A为纳米金属簇、单原子级过渡金属中的至少一种，纳米金属簇为金属铝纳米簇、金属镍纳米簇、金属铜纳米簇、金属银纳米簇、金属镁纳米簇、金属钛纳米簇中的至少一种；单原子级过渡金属为铝、镁、钛、铜、银中的至少一种；
所述表面改性型纳米碳纤维包括纳米碳纤维载体和通过化学气相沉积于纳米碳纤维载体表面的纳米金属簇，所述纳米金属簇为纳米铝金属簇、金属镍纳米簇、纳米铜金属簇、纳米镁金属簇、纳米钛金属簇、纳米银金属簇中的至少一种；
所述表面改性型碳化硅粉包括超细碳化硅粉和接枝于超细碳化硅粉表面的多壁碳纳米管，所述多壁碳纳米管为表面改性型多壁碳纳米管，所述表面改性型多壁碳纳米管包括多壁碳纳米管基体和复合于多壁碳纳米管表面的界面改性粒子B，所述界面改性粒子B为单原子级过渡金属，所述单原子级过渡金属为铝、镁、钛、铜、银中的至少一种。
本申请中型碳化硅粉、纳米碳纤维、碳纳米管、晶须组合物进行表面优化改性，所获得的表面改性型碳化硅粉、表面改性型纳米碳纤维、表面改性型多壁碳纳米管、表面改性型晶须组合物与铝合金粉的界面相容好，即具有良好的界面结合强度，赋予了铝基碳化硅复合材料良好的致密度、均匀性、耐磨性、机械强度、抗腐蚀性、导热性和优良的冲击韧性，解决了现有技术存在的增强相的碳化硅与铝合金的结合强度较低，导致的整体综合性能较差的问题。
优选的，所述复合型晶须载体由碳化硅晶须、氧化锌晶须、钛酸钾晶须以质量比(6-8.5):(1-2):(0.5-2)组成。
优选的，所述复合型晶须载体由碳化硅晶须、氧化锌晶须、碳化钛晶须以质量比(6-8):(1-2):(1-2)组成。
优选的，所述复合型晶须载体由碳化硅晶须、氧化锌晶须、钛酸钾晶须、碳化钛晶须以质量比(5-7.5):(1-2):(1-2):(0.5-1)组成。
通过采用上述技术方案，可改善铝基碳化硅复合材料的力学强度和冲击韧性。
优选的，所述表面改性型碳化硅粉的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，表面改性型多壁碳纳米管的制备；
步骤二，在配置Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中加入步骤一中制备的表面改性型多壁碳纳米管和聚乙烯吡咯烷酮，所述表面改性型多壁碳纳米管与所述聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:（0.8-1.2），所述表面改性型多壁碳纳米管与Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液的质量比为1:（80-120），所述Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中Ag(2E4MI)2Ac络合物含量0.6-1.2wt%，超声分散2-6h后加入粒径0.5-5微米的超细碳化硅粉，所述超细碳化硅粉与表面改性型多壁碳纳米管的质量比为1:(20-100)，继续超声分散30-60min得分散液；
步骤三，所得分散液减压蒸馏去除Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中的有机溶液的固体物；
步骤四，所得固体物进行高温烧结处理，于210-220℃下烧结3-5h制得块状固体物；
步骤五，块状固体物气流粉碎处理后得平均粒径1-8μm的表面改性型碳化硅粉。
本申请中提供的表面改性型碳化硅粉的制备方法相对简单，便于工业化生产制造。
优选的，所述表面改性型多壁碳纳米管的制备方法如下：先将1-3g水溶性金属盐溶解于100mL的蒸馏水中磁力搅拌10-20min后加入4-8g的氨基化多壁碳纳米管，所述水溶性金属盐包括水溶性铝盐、水溶性金属铜盐、水溶性金属镁盐、水溶性金属银盐、水溶性金属钛盐中的至少一种，磁力搅拌10-20min后加入浓度为4-8wt%氨水，直至Al完全沉淀后继续磁力搅拌1.0h，静置24h得Al(OH)3/MWNT二元胶体，采用蒸馏水对制得二元胶体进行三次洗涤后抽滤得固体粉末，所得固体粉末置于真空干燥箱中，于120-125℃干燥10-24h，转置气氛管式炉中进行煅烧处理，在空气气氛下以 580-640℃煅烧4-5h制得Al2O3/MWNT复合粉末，再向气氛管式炉中通入氢氩混合气，所述氢氩混合气中氢气与氩气体积比为1:(3-9)，维持温度为580-640℃下还原反应3-6h，开炉自然冷却至室温球磨处理得表面掺杂纳米铝金属簇的多壁碳纳米管。
优选的，所述表面改性型多壁碳纳米管的制备方法如下：先将多壁碳纳米管分散液与KOH溶液混合搅拌后干燥处理，得到表面碱处理的多壁碳纳米管/KOH粉；将所得多壁碳纳米管/KOH粉放入坩埚A中，将氯化金属盐放入坩埚B，所述氯化金属盐包括氯化铝、氯化铜、氯化钛、氯化镁、氯化银中的至少一种，将坩埚A装载置管式炉的下游区，将坩埚B装载置管式炉的上游区，密封管式炉，在氩气氛下，将管式炉上游温区以10-15℃/min的升温速度，从室温升至500-650℃保温60-90min，同时将管式炉的下游温区以10-15℃/min的升温速度，从室温升到600-750℃保温60-90min，获得金属单原子掺杂多壁碳纳米管前驱体；将金属单原子掺杂多壁碳纳米管前驱体加入到浓度为0.5-2mol/L的稀盐酸中，搅拌、真空抽滤、蒸馏水洗涤、干燥，即得到金属单原子掺杂多壁碳纳米管。
优选的，所述高强高韧铝基碳化硅复合材料是由以下质量百分比的原料制成：32-35%的表面改性型碳化硅复合粉、6-7%的表面改性型纳米碳纤维、3-4%的表面改性型多壁碳纳米管、0.8-1.2%的表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。
通过采用上述技术方案，可制得高强高韧铝基碳化硅复合材料。
本申请提供的高强高韧铝基碳化硅复合材料的制备工艺，是通过以下方案得以实现的：
一种高强高韧铝基碳化硅复合材料，包括以下步骤：
步骤一，表面改性型多壁碳纳米管、表面改性型碳化硅粉、表面改性型纳米碳纤维、表面改性型晶须组合物的制备；
步骤二，将表面改性型多壁碳纳米管、表面改性型纳米碳纤维、表面改性型晶须组合物、铝合金粉进行高速球磨处理，所述铝合金粉质量等于所述表面改性型多壁碳纳米管、表面改性型纳米碳纤维、表面改性型晶须组合物总质量的1.2-1.4倍，所得合金混合料通过气雾法制得球形合金粉，球形合金粉的D50为5-20微米，振实密度大于2.0g/cm3；
步骤三，将步骤二中的球形合金粉与步骤一中的表面改性型碳化硅粉混合均匀后置于模具中进行冷等静压成型处理，冷等静压成型参数如下：成型温度20-50℃，成型压力：先以20 MPa/s加压至 100MPa，保压10-20s，再以10 MPa/s加压至 200MPa，保压10-20s，再以5MPa/s加压至 300MPa，保压10-20s，再以2MPa/s加压至 400MPa，保压10-30s，再以1MPa/s加压至 500MPa，保压10-30s，然后以5MPa/s降压至200 MPa，保压20-40s，再以20MPa/s降压至0MPa，成型速度为2-6mm/s，完成冷等静压成型处理后即可制得预压制件；
步骤四，所得预压制件在氮气或者惰性保护气氛下进行快速烧结处理，快速烧结的升温速率50-200℃/min升温至650-750℃保温0.5-2.0h，以5-10℃/min降温至520-540℃保温80-150min，开炉自然冷却至室温，即可制得高导热性能的高强高韧铝基碳化硅复合材料。
本申请中提供的铝基碳化硅复合材料的制备方法相对简单，便于工业化生产制造。
优选的，所述步骤三，将步骤二中的球形合金粉与步骤一中的表面改性型碳化硅粉混合均匀后置于模具中进行冷等静压成型处理，冷等静压成型参数如下：成型温度为室温，实测20.8℃，成型压力：先以20 MPa/s加压至 100MPa，保压10s，再以10 MPa/s加压至200MPa，保压20s，再以5MPa/s加压至 300MPa，保压20s，再以2MPa/s加压至 400MPa，保压30s，再以1MPa/s加压至 500MPa，保压30s，然后以5MPa/s降压至200 MPa，保压30s，再以20MPa/s降压至0MPa，成型速度为3-4mm/s，完成冷等静压成型处理后即可制得预压制件。
通过采用上述技术方案，可保证制备的铝基碳化硅复合材料同批次质量稳定性。
综上所述，本申请具有以下优点：
1、本申请中的铝基碳化硅复合材料具有较好的力学强度和冲击韧性，解决了现有技术存在的增强相的碳化硅与铝合金的结合强度较低，导致的整体综合性能较差的问题。
2、本申请中提供的表面改性型碳化硅粉的制备方法相对简单，便于工业化生产制造。
3、本申请中提供的铝基碳化硅复合材料的制备方法相对简单，便于工业化生产制造。
具体实施方式
以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1：表面改性型多壁碳纳米管的制备方法如下：
S1.将1.8g九水硝酸铝溶解于100mL的蒸馏水中以160rpm/min磁力搅拌20min后加入5g的氨基化多壁碳纳米管（外径8-15nm 长度50微米，先丰纳米XFM62），以160rpm/min磁力搅拌15min后加入浓度为5wt%氨水，直至Al完全沉淀后继续以160rpm/min磁力搅拌1.0h，静置24h得Al(OH)3/MWNT二元胶体；
S2.采用蒸馏水对制得二元胶体进行三次洗涤后抽滤得固体粉末，所得固体粉末置于真空干燥箱中，于125℃干燥12h，转置气氛管式炉中进行煅烧处理，在空气气氛下以20℃/min升温至600℃煅烧4.0h制得Al2O3/MWNT复合粉末，再向气氛管式炉中通入氢氩混合气，氢氩混合气中氢气与氩气体积比为1:4，维持温度为600℃下还原反应4.0h，开炉自然冷却至室温，置于行星球磨机中，以氧化锆为磨珠，在80rpm转速下球磨30min，得表面掺杂纳米铝金属簇的多壁碳纳米管。
制备例2与制备例1的区别在于：表面改性型多壁碳纳米管的制备方法如下：
S1.将1.8g九水硝酸铝和0.25g三水硝酸铜溶解于150mL的蒸馏水中以160rpm/min磁力搅拌20min后加入5g的氨基化多壁碳纳米管，以160rpm/min磁力搅拌15min后加入浓度为5wt%氨水，直至Al和Cu完全沉淀后继续以160rpm/min磁力搅拌1h，静置24h得Cu(OH)2+Al(OH)3/MWNT二元胶体；
S2. 采用蒸馏水对制得二元胶体进行三次洗涤后抽滤得固体粉末，所得固体粉末置于真空干燥箱中，于125℃干燥12h，转置气氛管式炉中进行煅烧处理，在空气气氛下，先以10℃/min升温至200℃煅烧1h再以20℃/min升温至 600℃煅烧4h制得CuO+Al2O3/MWNT复合粉末，再向气氛管式炉中通入氢氩混合气，氢氩混合气中氢气与氩气体积比为1:4，维持温度为600℃下还原反应4h，开炉自然冷却至室温，置于行星球磨机中，以氧化锆为磨珠，在80rpm转速下球磨30min，得表面掺杂纳米铝+铜金属簇的多壁碳纳米管。
制备例3与制备例1的区别在于：表面改性型多壁碳纳米管的制备方法如下：
S1.将1.8g九水硝酸铝和0.8g六水合硝酸镁溶解于150mL的蒸馏水中以160rpm/min磁力搅拌20min后加入5g的氨基化多壁碳纳米管，以160rpm/min磁力搅拌15min后加入浓度为5wt%氨水，直至Al和Mg完全沉淀后继续以160rpm/min磁力搅拌1h，静置24h得Mg(OH)2+Al(OH)3/MWNT二元胶体；
S2. 采用蒸馏水对制得二元胶体进行三次洗涤后抽滤得固体粉末，所得固体粉末置于真空干燥箱中，于125℃干燥12h，转置气氛管式炉中进行煅烧处理，在空气气氛下，先以10℃/min升温至365℃煅烧1h再以20℃/min升温至 600℃煅烧4h制得MgO+Al2O3/MWNT复合粉末，再向气氛管式炉中通入氢氩混合气，氢氩混合气中氢气与氩气体积比为1:4，维持温度为600℃下还原反应4h，开炉自然冷却至室温，置于行星球磨机中，以氧化锆为磨珠，在80rpm转速下球磨30min，得表面掺杂纳米铝+镁金属簇的多壁碳纳米管。
制备例4与制备例1的区别在于：表面改性型多壁碳纳米管的制备方法如下：
S1.将1.8g九水硝酸铝和0.2g硝酸银溶解于150mL的蒸馏水中以160rpm/min磁力搅拌20min后加入5g的氨基化多壁碳纳米管，以160rpm/min磁力搅拌15min后加入浓度为5wt%KOH水溶液，直至Al和Ag完全沉淀后继续以160rpm/min磁力搅拌1h，静置24h得AgOH+Al(OH)3/MWNT二元胶体；
S2. 采用蒸馏水对制得二元胶体进行三次洗涤后抽滤得固体粉末，所得固体粉末置于真空干燥箱中，于125℃干燥12h，转置气氛管式炉中进行煅烧处理，在空气气氛下，先以10℃/min升温至365℃煅烧1h再以20℃/min升温至 600℃煅烧4h制得AgO+Al2O3/MWNT复合粉末，再向气氛管式炉中通入氢氩混合气，氢氩混合气中氢气与氩气体积比为1:4，维持温度为600℃下还原反应4h，开炉自然冷却至室温，置于行星球磨机中，以氧化锆为磨珠，在80rpm转速下球磨30min，得表面掺杂纳米铝+镁金属簇的多壁碳纳米管。
制备例5与制备例1的区别在于：表面改性型多壁碳纳米管的制备方法如下：
S1.将1.8g九水硝酸铝和0.25g乙酰丙酮钛溶解于150mL的异丙醇水溶液（20g异丙醇+130g蒸馏水）中，以200rpm/min磁力搅拌30min后加入5g的氨基化多壁碳纳米管，以160rpm/min磁力搅拌15min后加入浓度为5wt%KOH水溶液，直至Al和Ti完全沉淀后继续以160rpm/min磁力搅拌1h，静置24h得Ti(OH)4+Al(OH)3/MWNT二元胶体；
S2. 采用蒸馏水对制得二元胶体进行三次洗涤后抽滤得固体粉末，所得固体粉末置于真空干燥箱中，于125℃干燥12h，转置气氛管式炉中进行煅烧处理，在空气气氛下，先以10℃/min升温至600℃煅烧1h再以20℃/min升温至800℃煅烧4h制得TiO2+Al2O3/MWNT复合粉末，再向气氛管式炉中通入氢氩混合气，氢氩混合气中氢气与氩气体积比为1:4，维持温度为900℃下还原反应4h，开炉自然冷却至室温，置于行星球磨机中，以氧化锆为磨珠，在80rpm转速下球磨30min，得表面掺杂纳米铝+钛金属簇的多壁碳纳米管。
制备例6：表面改性型多壁碳纳米管的制备方法如下：
S1.将1g氨基化多壁碳纳米管分散于500g蒸馏水中制得多壁碳纳米管分散液；将1.5gKOH溶于250g的蒸馏水中制得KOH溶液；将多壁碳纳米管分散液与KOH溶液混合后置于80℃搅拌后干燥处理得到表面碱处理的多壁碳纳米管/KOH粉；
S2.将所得多壁碳纳米管/KOH粉放入坩埚A中，将5.0g氯化铝放入坩埚B，将坩埚A装载置管式炉的下游区，将坩埚B装载置管式炉的上游区，密封管式炉，在氩气氛下，将管式炉上游温区以10℃/min的升温速度，从室温升至500℃保温60min，同时将管式炉的下游温区以12℃/min的升温速度，从室温升到600℃保温60min，获得金属单原子掺杂多壁碳纳米管前驱体；将金属单原子掺杂多壁碳纳米管前驱体加入到浓度为1.0mol/L的稀盐酸中，搅拌、真空抽滤、蒸馏水洗涤、干燥，即得到铝单原子掺杂多壁碳纳米管。
制备例7与制备例6的区别在于：表面改性型多壁碳纳米管的制备方法中S2.将所得多壁碳纳米管/KOH粉放入坩埚A中，将5g氯化铝、1g氯化铜放入坩埚B，将坩埚A装载置管式炉的下游区，将坩埚B装载置管式炉的上游区，密封管式炉，在氩气氛下，将管式炉上游温区以10℃/min的升温速度，从室温升至500℃保温60min，同时将管式炉的下游温区以12℃/min的升温速度，从室温升到600℃保温60min，获得金属单原子掺杂多壁碳纳米管前驱体；将金属单原子掺杂多壁碳纳米管前驱体加入到浓度为1.0mol/L的稀盐酸中，搅拌、真空抽滤、蒸馏水洗涤、干燥，即得到铝+铜单原子掺杂多壁碳纳米管。
制备例8与制备例6的区别在于： 表面改性型多壁碳纳米管的制备方法中S2.将所得多壁碳纳米管/KOH粉放入坩埚A中，4g氯化铝、0.5g氯化铜、0.5g四氯化钛放入坩埚B，将坩埚A装载置管式炉的下游区，将坩埚B装载置管式炉的上游区，密封管式炉，在氩气氛下，将管式炉上游温区以10℃/min的升温速度，从室温升至500℃保温60min，同时将管式炉的下游温区以12℃/min的升温速度，从室温升到600℃保温60min，获得金属单原子掺杂多壁碳纳米管前驱体；将金属单原子掺杂多壁碳纳米管前驱体加入到浓度为1.0mol/L的稀盐酸中，搅拌、真空抽滤、蒸馏水洗涤、干燥，即得到铝+铜+钛单原子掺杂多壁碳纳米管。
制备例9与制备例6的区别在于：表面改性型多壁碳纳米管的制备方法中S2.将所得多壁碳纳米管/KOH粉放入坩埚A中，4g氯化铝、0.5g氯化铜、0.5g氯化镁放入坩埚B，将坩埚A装载置管式炉的下游区，将坩埚B装载置管式炉的上游区，密封管式炉，在氩气氛下，将管式炉上游温区以10℃/min的升温速度，从室温升至500℃保温60min，同时将管式炉的下游温区以12℃/min的升温速度，从室温升到600℃保温60min，获得金属单原子掺杂多壁碳纳米管前驱体；将金属单原子掺杂多壁碳纳米管前驱体加入到浓度为1.0mol/L的稀盐酸中，搅拌、真空抽滤、蒸馏水洗涤、干燥，即得到铝+铜+镁单原子掺杂多壁碳纳米管。
制备例10与制备例6的区别在于：表面改性型多壁碳纳米管的制备方法中S2.将所得多壁碳纳米管/KOH粉放入坩埚A中，4g氯化铝、0.5g氯化铜、0.2g硝酸银放入坩埚B，将坩埚A装载置管式炉的下游区，将坩埚B装载置管式炉的上游区，密封管式炉，在氩气氛下，将管式炉上游温区以10℃/min的升温速度，从室温升至500℃保温60min，同时将管式炉的下游温区以12℃/min的升温速度，从室温升到600℃保温60min，获得金属单原子掺杂多壁碳纳米管前驱体；将金属单原子掺杂多壁碳纳米管前驱体加入到浓度为1.0mol/L的稀盐酸中，搅拌、真空抽滤、蒸馏水洗涤、干燥，即得到铝+铜+银单原子掺杂多壁碳纳米管。
制备例11：表面改性型纳米碳纤维的制备方法：在室温、氮气保护条件下，将4.8克硝酸铝溶解于200毫升乙醇得混合液A；同时在室温、氮气保护条件下，将0.65克NaBH4溶于500毫升水，然后加入5g纳米碳纤维（选自中科雷鸣(北京)科技有限公司的纳米碳纤维VGCF，CAS号308068-56-6，长度10-20um，纤维直径150-200 nm），搅拌分散均匀得分散混合液B；在室温、氮气保护条件下，将混合液A滴加到分散混合液B中，滴加完毕后继续反应0.5h，静置，然后倒出上层清液；再加500毫升去离子水，静置，倒出上层清液，重复上述操作反复4次得沉淀物，所得沉淀物真空加热干燥，温度95℃，真空度为0.1Pa，时间24h，所得固体物进行行星球磨处理，转速200rpm球磨30min即可制得粒径200nm的表面纳米金属铝颗粒改性的表面改性型纳米碳纤维。
制备例12：表面改性型纳米碳纤维的制备方法：
S1.将2.0g九水硝酸铝溶解于100mL的蒸馏水中以160rpm/min磁力搅拌20min后加入5g的纳米碳纤维（选自中科雷鸣(北京)科技有限公司的纳米碳纤维VGCF，CAS:308068-56-6，长度10-20um，纤维直径150-200 nm），以160rpm/min磁力搅拌15min后加入浓度为5wt%氨水，直至Al完全沉淀后继续以160rpm/min磁力搅拌1.0h，静置24h得Al(OH)3/纳米碳纤维二元胶体；
S2.采用蒸馏水对制得二元胶体进行三次洗涤后抽滤得固体粉末，所得固体粉末置于真空干燥箱中，于125℃干燥12h，转置气氛管式炉中进行煅烧处理，在空气气氛下以20℃/min升温至600℃煅烧4.0h制得Al2O3/纳米碳纤维复合粉末，再向气氛管式炉中通入氢氩混合气，氢氩混合气中氢气与氩气体积比为1:4，维持温度为600℃下还原反应4.0h，开炉自然冷却至室温，置于行星球磨机中，以氧化锆为磨珠，在80rpm转速下球磨30min，得表面掺杂纳米铝金属簇的纳米碳纤维。
制备例13：表面改性型晶须组合物的制备方法：
S1.以碳化硅晶须（CAS:409-21-2，宁波罗飞纳米科技有限公司定制，长度1-5微米，直径200-500nm）、氧化锌晶须（四针状纳米氧化锌晶须，杭州吉康新材料有限公司，CAS号1314-13-2；直径0.5-5um 长度10-50um）、钛酸钾晶须（大塚钛酸钾晶须 TSMO，尺寸0.2UM，广东纳奥新材料科技有限公司购置）以质量比6:2:2配制成复合型晶须载体；
S2.将2g九水硝酸铝溶解于100mL的蒸馏水中以160rpm/min磁力搅拌20min后加入5g步骤一中配置的复合型晶须载体，以160rpm/min磁力搅拌15min后加入浓度为5wt%氨水，直至Al完全沉淀后继续以160rpm/min磁力搅拌1.0h，静置24h得Al(OH)3/复合型晶须载体二元胶体；
S3. 采用蒸馏水对制得二元胶体进行三次洗涤后抽滤得固体粉末，所得固体粉末置于真空干燥箱中，于125℃干燥12h，转置气氛管式炉中进行煅烧处理，在空气气氛下以20℃/min升温至600℃煅烧4.0h制得Al2O3/复合型晶须载体复合粉末，再向气氛管式炉中通入氢氩混合气，氢氩混合气中氢气与氩气体积比为1:4，维持温度为600℃下还原反应4.0h，开炉自然冷却至室温，置于行星球磨机中，以氧化锆为磨珠，在80rpm转速下球磨30min，得表面掺杂纳米铝金属簇的晶须组合物。
制备例14与制备例13的区别在于：表面改性型晶须组合物的制备方法：
S1.以碳化硅晶须、氧化锌晶须、钛酸钾晶须以质量比6:2:2配制成复合型晶须载体；
S2.将10g/L氯化铝加入复合型晶须载体中，过渡金属与复合型晶须载体的质量比为1:30，所得溶液100kHz的条件下超声30min分散均匀，然后将混合溶液100r/min搅拌48h；
S3.将S2得到的混合溶液升温至水的沸点，高温挥发，蒸干溶剂，并用球磨机于300r/min转速下充分研磨2h，得到固体粉末，所得固体粉末在6vt％氢氩混合气气氛和600℃的温度条件下加热处理3.0h，冷却到室温，所得粉末采用行星球磨机于200r/min转速下研磨25min，即可得表面单原子铝改性型晶须组合物。
制备例15与制备例14的区别在于：表面改性型晶须组合物的制备方法中S1.以碳化硅晶须、氧化锌晶须、碳化钛晶须（浙江亚美纳米科技有限公司，材料增强增韧用碳化钛晶须，直径0.5-1um；长度：10-20um）以质量比6:2:2配制成复合型晶须载体。
制备例16与制备例14的区别在于：表面改性型晶须组合物的制备方法中S1.以碳化硅晶须、氧化锌晶须、钛酸钾晶须、碳化钛晶须以质量比5:2:2:1配制成复合型晶须载体。
制备例17与制备例13的区别在于：表面改性型晶须组合物的制备方法中S1.以碳化硅晶须、氧化锌晶须以质量比8:2配制成复合型晶须载体。
制备例18与制备例13的区别在于：表面改性型晶须组合物的制备方法中S1.以碳化硅晶须为晶须载体。
实施例
一种高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成：30-36%的表面改性型碳化硅粉、4-8%的表面改性型纳米碳纤维、3-6%的表面改性型多壁碳纳米管、0.5-2%的表面改性型晶须组合物、余量为铝合金粉。优选配方，高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成：32-35%表面改性型碳化硅复合粉、6-7%的表面改性型纳米碳纤维、3-4%的表面改性型碳纳米管、0.8-1.2%的表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。
铝合金粉为6061铝合金粉、6063铝合金粉、6013铝合金粉中的至少一种。
表面改性型晶须组合物包括复合型晶须载体和固定于复合型晶须载体表面的界面改性粒子A，复合型晶须载体为碳化硅晶须、氧化锌晶须搭配钛酸钾晶须、碳化钛晶须中的至少一种组成。优选地，复合型晶须载体由碳化硅晶须、氧化锌晶须、钛酸钾晶须以质量比(6-8.5):(1-2):(0.5-2)组成。优选地，复合型晶须载体由碳化硅晶须、氧化锌晶须、碳化钛晶须以质量比(6-8):(1-2):(1-2)组成。优选地，复合型晶须载体由碳化硅晶须、氧化锌晶须、钛酸钾晶须、碳化钛晶须以质量比(5-7.5):(1-2):(1-2):(0.5-1)组成。
界面改性粒子A为纳米金属簇、单原子级过渡金属中的至少一种。纳米金属簇为金属铝纳米簇、金属镍纳米簇、金属铜纳米簇、金属银纳米簇、金属镁纳米簇、金属钛纳米簇中的至少一种。单原子级过渡金属为铝、镁、钛、铜、银中的至少一种。
表面改性型纳米碳纤维包括纳米碳纤维载体和通过化学气相沉积于纳米碳纤维载体表面的纳米金属簇，纳米金属簇为纳米铝金属簇、金属镍纳米簇、纳米铜金属簇、纳米镁金属簇、纳米钛金属簇、纳米银金属簇中的至少一种。
表面改性型碳化硅粉包括超细碳化硅粉和接枝于超细碳化硅粉表面的多壁碳纳米管，多壁碳纳米管为表面改性型多壁碳纳米管，表面改性型多壁碳纳米管包括多壁碳纳米管基体和复合于多壁碳纳米管表面的界面改性粒子B，界面改性粒子B为单原子级过渡金属，单原子级过渡金属为铝、镁、钛、铜、银中的至少一种。
表面改性型碳化硅粉的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，表面改性型多壁碳纳米管的制备；
步骤二，在配置Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中加入步骤一中制备的表面改性型多壁碳纳米管和聚乙烯吡咯烷酮，表面改性型多壁碳纳米管与聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:（0.8-1.2），表面改性型多壁碳纳米管与Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液的质量比为1:（80-120），Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中Ag(2E4MI)2Ac络合物含量0.6-1.2wt%，超声分散2-6h后加入粒径0.5-5微米的超细碳化硅粉，超细碳化硅粉与表面改性型多壁碳纳米管的质量比为1:(20-100)，继续超声分散30-60min得分散液；
步骤三，所得分散液减压蒸馏去除Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中的有机溶液的固体物；
步骤四，所得固体物进行高温烧结处理，于210-220℃下烧结3-5h制得块状固体物；
步骤五，块状固体物气流粉碎处理后得平均粒径1-8μm的表面改性型碳化硅复合粉。
高强高韧铝基碳化硅复合材料的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一，表面改性型碳纳米管、表面改性型碳化硅粉、表面改性型纳米碳纤维、表面改性型晶须组合物的制备；
步骤二，将表面改性型碳纳米管、表面改性型纳米碳纤维、表面改性型晶须组合物、铝合金粉进行高速球磨处理，铝合金粉质量等于表面改性型碳纳米管、表面改性型纳米碳纤维、表面改性型晶须组合物总质量的1.2-1.4倍，所得合金混合料通过气雾法制得球形合金粉，球形合金粉的D50为5-20微米，振实密度大于2.0g/cm3；
步骤三，将步骤二中的球形合金粉与步骤一中的表面改性型碳化硅粉混合均匀后置于模具中进行冷等静压成型处理，冷等静压成型参数如下：成型温度20-50℃，成型压力：先以20 MPa/s加压至 100MPa，保压10-20s，再以10 MPa/s加压至 200MPa，保压10-20s，再以5MPa/s加压至 300MPa，保压10-20s，再以2MPa/s加压至 400MPa，保压10-30s，再以1MPa/s加压至 500MPa，保压10-30s，然后以5MPa/s降压至200 MPa，保压20-40s，再以20MPa/s降压至0MPa，成型速度为2-6mm/s，完成冷等静压成型处理后即可制得预压制件；
优选地，步骤三，将步骤二中的球形合金粉与步骤一中的表面改性型碳化硅粉混合均匀后置于模具中进行冷等静压成型处理，冷等静压成型参数如下：成型温度为室温，实测20.8℃，成型压力：先以20 MPa/s加压至 100MPa，保压10s，再以10 MPa/s加压至200MPa，保压20s，再以5MPa/s加压至 300MPa，保压20s，再以2MPa/s加压至 400MPa，保压30s，再以1MPa/s加压至 500MPa，保压30s，然后以5MPa/s降压至200 MPa，保压30s，再以20MPa/s降压至0MPa，成型速度为3-4mm/s，完成冷等静压成型处理后即可制得预压制件；
步骤四，所得预压制件在氮气或者惰性保护气氛下进行快速烧结处理，快速烧结的升温速率50-200℃/min升温至650-750℃保温0.5-2.0h，以5-10℃/min降温至520-540℃保温80-150min，开炉自然冷却至室温，即可制得高导热性能的高强高韧铝基碳化硅复合材料。
实施例1:一种高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%的表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例1中的表面改性型碳纳米管、1%制备例13中的表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉(平均粒径15-53μ，山东鑫百亿金属材料有限公司)。
一种高强高韧铝基碳化硅复合材料的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一，表面改性型碳纳米管、表面改性型碳化硅粉、表面改性型纳米碳纤维、表面改性型晶须组合物的制备；
表面改性型碳纳米管的制备参见制备例1；
表面改性型纳米碳纤维的制备参见制备例12；
表面改性型晶须组合物的制备参见制备例13；
表面改性型碳化硅粉的制备方法如下：S1.1.表面改性型碳纳米管的制备参见制备例1；
S1.2. 室温下将2.2g的2-乙基-4-甲基咪唑2E4MI、1.67g醋酸银AgAc加入530g二氯甲烷中，以200rpm磁力搅拌120min，得到澄清透明的Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液，在配置Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中加入制备例1中制备的表面改性型多壁碳纳米管5.0g和聚乙烯吡咯烷酮5.0g，进行5h的超声分散（超声频率44kHz，超声功率1200W）处理后加入40g粒径1-3微米的超细碳化硅粉（宁波贝伽尔新材料有限公司定制平均粒径1-3微米的阿尔法超细高纯纳米碳化硅粉，CAS:409-21-2，密度3.25g/cm³），继续超声分散60min得分散液；
S1.3，所得分散液减压蒸馏去除Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中的二氯甲烷得固体物；
S1.4，所得固体物进行高温烧结处理，于215℃下烧结5h制得块状固体物；
S1.5，对块状固体物气流粉碎处理得平均粒径1-8μm的表面铝纳米簇改性型碳化硅粉；
步骤二，将计量准确的制备例1中的表面改性型碳纳米管、制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、制备例13中的表面改性型晶须组合物、6061铝合金粉进行高速球磨处理，以200rpm/min球磨1h，6061铝合金粉质量等于制备例1中的表面改性型碳纳米管、制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、制备例13中的表面改性型晶须组合物总质量的1.3倍，球磨完成后所得合金混合料通过气雾法制得球形合金粉，所得球形合金粉的D50为12.3微米，振实密度为2.60g/cm3；
步骤三，将步骤二中制备的球形合金粉与步骤一中制备的表面铝纳米簇改性型碳化硅粉以400rpm混合30min，混合均匀后置于模具中进行冷等静压成型处理，冷等静压成型参数如下：成型温度为室温，实测20.8℃，成型压力：先以20 MPa/s加压至 100MPa，保压10s，再以10 MPa/s加压至 200MPa，保压20s，再以5MPa/s加压至 300MPa，保压20s，再以2MPa/s加压至 400MPa，保压30s，再以1MPa/s加压至 500MPa，保压30s，然后以5MPa/s降压至200 MPa，保压30s，再以20MPa/s降压至0MPa，成型速度为4mm/s，完成冷等静压成型处理后即可制得预压制件；
步骤四，所得预压制件在氮气或者惰性保护气氛下进行快速烧结处理，置于快速烧结炉中，升温速率200℃/min升温至720℃保温120min，以10℃/min降温至540℃保温120min，开炉自然冷却至室温，即可制得高强高韧铝基碳化硅复合锭材。
实施例2与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例1中的表面改性型碳纳米管、1%制备例13中的表面改性型晶须组合物、余量为6063铝合金粉。
实施例3与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例1中的表面改性型碳纳米管、1%制备例13中的表面改性型晶须组合物、余量为6013铝合金粉。
实施例4与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例2中的表面改性型碳纳米管、1%制备例13中的表面改性型晶须组合物、余量为6063铝合金粉。
实施例5与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例3中的表面改性型碳纳米管、1%制备例13中的表面改性型晶须组合物、余量为6063铝合金粉。
实施例6与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例4中的表面改性型碳纳米管、1%制备例13中的表面改性型晶须组合物、余量为6063铝合金粉。
实施例7与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例5中的表面改性型碳纳米管、1%制备例13中的表面改性型晶须组合物、余量为6063铝合金粉。
实施例8与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例6中的表面改性型碳纳米管、1%制备例13中的表面改性型晶须组合物、余量为6063铝合金粉。
实施例9与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例7中的表面改性型碳纳米管、1%制备例13中的表面改性型晶须组合物、余量为6063铝合金粉。
实施例10与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中表面改性型纳米碳纤维、3%制备例8中的表面改性型碳纳米管、1%制备例13中的表面改性型晶须组合物、余量为6063铝合金粉。
实施例11与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中表面改性型纳米碳纤维、3%制备例9中的表面改性型碳纳米管、1%制备例13中的表面改性型晶须组合物、余量为6063铝合金粉。
实施例12与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例10中表面改性型碳纳米管、1%制备例13中的表面改性型晶须组合物、余量为6063铝合金粉。
实施例13与实施例1的区别在：表面改性型碳化硅粉的制备方法中S1.1.表面改性型碳纳米管的制备参见制备例6。
实施例14与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%的表面改性型碳化硅粉、6%制备例11中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例6中的表面改性型碳纳米管、1%制备例13中的表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。且表面改性型碳化硅粉的制备方法中S1.1.表面改性型碳纳米管的制备参见制备例6。
实施例15与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%的表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例6中的表面改性型碳纳米管、1%制备例14中的表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。且表面改性型碳化硅粉的制备方法中S1.1.表面改性型碳纳米管的制备参见制备例6。
实施例16与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%的表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例6中的表面改性型碳纳米管、1%制备例15中的表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。且表面改性型碳化硅粉的制备方法中S1.1.表面改性型碳纳米管的制备参见制备例6。
实施例17与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%的表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例6中的表面改性型碳纳米管、1%制备例16中的表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。且表面改性型碳化硅粉的制备方法中S1.1.表面改性型碳纳米管的制备参见制备例6。
实施例18与实施例17的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:30%的表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例6中的表面改性型碳纳米管、1%制备例16中的表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。且表面改性型碳化硅粉的制备方法中S1.1.表面改性型碳纳米管的制备参见制备例6。
实施例19与实施例17的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:36%的表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例6中的表面改性型碳纳米管、1%制备例16中的表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。且表面改性型碳化硅粉的制备方法中S1.1.表面改性型碳纳米管的制备参见制备例6。
实施例20与实施例17的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%的表面改性型碳化硅粉、6.8%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、4%制备例6中的表面改性型碳纳米管、1.2%制备例16中的表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。且表面改性型碳化硅粉的制备方法中S1.1.表面改性型碳纳米管的制备参见制备例6。
对比例1与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%的碳化硅粉（宁波贝伽尔新材料有限公司定制，平均粒径1-3微米，CAS:409-21-2，密度3.25g/cm³）、6%制备例12中表面改性型纳米碳纤维、3%制备例1中表面改性型碳纳米管、1%制备例13中表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。
对比例2与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%的表面改性型碳化硅粉、6%的纳米碳纤维（选自中科雷鸣(北京)科技有限公司的纳米碳纤维VGCF，CAS:308068-56-6，长度10-20um，纤维直径150-200 nm）、3%制备例1中的表面改性型碳纳米管、1%制备例13中表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。
对比例3与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%的碳化硅粉（宁波贝伽尔新材料有限公司定制，平均粒径1-3微米，CAS:409-21-2，密度3.25g/cm³）、6%的纳米碳纤维（选自中科雷鸣(北京)科技有限公司的纳米碳纤维VGCF，CAS:308068-56-6，长度10-20um，纤维直径150-200 nm）、3%制备例1中的表面改性型碳纳米管、1%制备例13中表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。
对比例4与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%的表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%的多壁碳纳米管（中国科学院成都有机化学有限公司的高纯多壁碳纳米管MWCNTs，型号：TNMH0）、1%制备例13中表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。
对比例5与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%的表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例1中的表面改性型碳纳米管、1%的未进行表面改性的晶须组合物、余量为6061铝合金粉。未进行表面改性的晶须组合物是以碳化硅晶须、氧化锌晶须、钛酸钾晶须以质量比6:2:2配成。
对比例6与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%的表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例1中的表面改性型碳纳米管、1%制备例17中表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。
对比例7与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%的表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例1中的表面改性型碳纳米管、1%制备例18中表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。
对比例8与实施例1的区别在：高强高韧铝基碳化硅复合材料由以下质量百分比的原料制成:32%的表面改性型碳化硅粉、6%制备例12中的表面改性型纳米碳纤维、3%制备例1中的表面改性型碳纳米管、1%的未进行表面改性的碳化硅晶须、余量为6061铝合金粉。
测试试样的制备工艺如下：实施例1-19和对比例1-7中的高导热型铝基碳化硅材料经过挤压、轧制、淬火、时效处理可制得成品铝基碳化硅测试板材。挤压处理：置于加热炉中加热，温度500℃，时间6h，采用多道次挤压工艺，分阶段进行挤压，设计5道次挤压，每次挤压后500℃退火2h，设定挤压机温度500℃、挤压比：55，挤压速率：5mm/s。轧制处理：将挤压后的板材放入连续卷轧机中，板材预热温度为150℃，以轧制速度为5m/s进行轧制处理，使板材变得更加均匀、平整，板材的厚度1.2±0.05mm。淬火参数：以25℃/min升温至480℃保温30min，水淬至室温后，重复上述淬火操作3次；完成淬火处理后进行时效处理，时效处理参数：以20℃/min升温至185℃保温180min，开炉自然冷却至室温，即可制得成品铝基碳化硅板材。
表1测试样品1-20和对比试样1-8中高强高韧铝基碳化硅板材的测试参数表
| 密度（g/cm3） | 屈服强度（MPa） | 延伸率（%） | 弹性模量（GPa） | 导热系数（W/m•k） | Charpy冲击吸收功（J） | |
| 实施例1 | 2.80 | 628.1 | 15.2 | 238.4 | 249.5 | 14.8 |
| 实施例2 | 2.81 | 630.2 | 15.0 | 238.7 | 249.1 | 14.6 |
| 实施例3 | 2.80 | 628.8 | 14.9 | 238.2 | 249.6 | 14.5 |
| 实施例4 | 2.81 | 628.5 | 15.3 | 240.5 | 249.8 | 14.7 |
| 实施例5 | 2.80 | 627.7 | 14.9 | 238.1 | 250.2 | 14.5 |
| 实施例6 | 2.80 | 629.3 | 15.3 | 239.2 | 248.6 | 15.1 |
| 实施例7 | 2.81 | 631.4 | 15.1 | 240.3 | 248.2 | 15.2 |
| 实施例8 | 2.81 | 633.1 | 15.2 | 241.2 | 250.7 | 15.4 |
| 实施例9 | 2.81 | 632.8 | 15.4 | 240.8 | 251.2 | 15.3 |
| 实施例10 | 2.82 | 634.4 | 15.5 | 241.3 | 251.5 | 15.6 |
| 实施例11 | 2.81 | 634.1 | 15.4 | 240.6 | 250.2 | 15.5 |
| 实施例12 | 2.82 | 633.4 | 15.5 | 241.1 | 250.9 | 15.5 |
| 实施例13 | 2.81 | 631.7 | 15.4 | 240.4 | 250.5 | 15.3 |
| 实施例14 | 2.80 | 628.5 | 15.1 | 237.9 | 248.9 | 14.7 |
| 实施例15 | 2.81 | 632.2 | 15.3 | 240.1 | 249.8 | 15.1 |
| 实施例16 | 2.81 | 627.4 | 15.6 | 237.4 | 249.8 | 15.3 |
| 实施例17 | 2.81 | 629.8 | 15.5 | 238.8 | 250.1 | 15.4 |
| 实施例18 | 2.80 | 624.2 | 15.4 | 232.8 | 245.8 | 14.6 |
| 实施例19 | 2.82 | 633.5 | 14.6 | 240.5 | 250.2 | 14.4 |
| 实施例20 | 2.82 | 632.1 | 15.4 | 239.7 | 249.8 | 15.6 |
| 对比例1 | 2.77 | 582.4 | 13.6 | 223.4 | 215.8 | 9.2 |
| 对比例2 | 2.78 | 594.3 | 14.4 | 230.5 | 232.4 | 8.8 |
| 对比例3 | 2.75 | 567.2 | 12.2 | 208.7 | 207.2 | 7.4 |
| 对比例4 | 2.78 | 608.1 | 14.5 | 227.8 | 236.8 | 10.5 |
| 对比例5 | 2.79 | 605.3 | 13.9 | 223.1 | 225.2 | 10.8 |
| 对比例6 | 2.79 | 617.5 | 13.5 | 224.8 | 231.5 | 12.1 |
| 对比例7 | 2.80 | 612.1 | 12.8 | 219.7 | 228.9 | 11.6 |
| 对比例8 | 2.80 | 598.2 | 13.7 | 218.4 | 221.4 | 10.2 |
综上所述，本申请中的铝基碳化硅复合材料具有良好的致密度、均匀性、耐磨性、机械强度、抗腐蚀性、导热性且具有优良的冲击韧性，适用于3C电子产品领域使用。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种高强高韧铝基碳化硅复合材料，其特征在于：是由以下质量百分比的原料制成：30-36%的表面改性型碳化硅粉、4-8%的表面改性型纳米碳纤维、3-6%的表面改性型多壁碳纳米管、0.5-2%的表面改性型晶须组合物、余量为铝合金粉；
所述铝合金粉为6061铝合金粉、6063铝合金粉、6013铝合金粉中的至少一种；
所述表面改性型晶须组合物包括复合型晶须载体和固定于复合型晶须载体表面的界面改性粒子A，所述复合型晶须载体为碳化硅晶须、氧化锌晶须搭配钛酸钾晶须、碳化钛晶须中的至少一种组成；所述界面改性粒子A为纳米金属簇、单原子级过渡金属中的至少一种，纳米金属簇为金属铝纳米簇、金属镍纳米簇、金属铜纳米簇、金属银纳米簇、金属镁纳米簇、金属钛纳米簇中的至少一种；单原子级过渡金属为铝、镁、钛、铜、银中的至少一种；
所述表面改性型纳米碳纤维包括纳米碳纤维载体和通过化学气相沉积于纳米碳纤维载体表面的纳米金属簇，所述纳米金属簇为纳米铝金属簇、金属镍纳米簇、纳米铜金属簇、纳米镁金属簇、纳米钛金属簇、纳米银金属簇中的至少一种；
所述表面改性型碳化硅粉包括超细碳化硅粉和接枝于超细碳化硅粉表面的多壁碳纳米管，所述多壁碳纳米管为表面改性型多壁碳纳米管，所述表面改性型多壁碳纳米管包括多壁碳纳米管基体和复合于多壁碳纳米管表面的界面改性粒子B，所述界面改性粒子B为单原子级过渡金属，所述单原子级过渡金属为铝、镁、钛、铜、银中的至少一种；
所述表面改性型碳化硅粉的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，表面改性型多壁碳纳米管的制备；
步骤二，在配置Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中加入步骤一中制备的表面改性型多壁碳纳米管和聚乙烯吡咯烷酮，所述表面改性型多壁碳纳米管与所述聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:（0.8-1.2），所述表面改性型多壁碳纳米管与Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液的质量比为1:（80-120），所述Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中Ag(2E4MI)2Ac络合物含量0.6-1.2wt%，超声分散2-6h后加入粒径0.5-5微米的超细碳化硅粉，所述超细碳化硅粉与表面改性型多壁碳纳米管的质量比为1:(20-100)，继续超声分散30-60min得分散液；
步骤三，所得分散液减压蒸馏去除Ag(2E4MI)2Ac络合物溶液中的有机溶液的固体物；
步骤四，所得固体物进行高温烧结处理，于210-220℃下烧结3-5h制得块状固体物；
步骤五，块状固体物气流粉碎处理后得平均粒径1-8μm的表面改性型碳化硅粉。
2.根据权利要求1所述的一种高强高韧铝基碳化硅复合材料，其特征在于：所述复合型晶须载体由碳化硅晶须、氧化锌晶须、钛酸钾晶须以质量比(6-8.5):(1-2):(0.5-2)组成。
3.根据权利要求1所述的一种高强高韧铝基碳化硅复合材料，其特征在于：所述复合型晶须载体由碳化硅晶须、氧化锌晶须、碳化钛晶须以质量比(6-8):(1-2):(1-2)组成。
4.根据权利要求1所述的一种高强高韧铝基碳化硅复合材料，其特征在于：所述复合型晶须载体由碳化硅晶须、氧化锌晶须、钛酸钾晶须、碳化钛晶须以质量比(5-7.5):(1-2):(1-2):(0.5-1)组成。
5.根据权利要求1所述的一种高强高韧铝基碳化硅复合材料，其特征在于：所述表面改性型多壁碳纳米管的制备方法如下：先将1-3g水溶性金属盐溶解于100mL的蒸馏水中磁力搅拌10-20min后加入4-8g的氨基化多壁碳纳米管，所述水溶性金属盐包括水溶性铝盐、水溶性金属铜盐、水溶性金属镁盐、水溶性金属银盐、水溶性金属钛盐中的至少一种，磁力搅拌10-20min后加入浓度为4-8wt%氨水，直至Al完全沉淀后继续磁力搅拌1.0h，静置24h得Al(OH)3/MWNT二元胶体，采用蒸馏水对制得二元胶体进行三次洗涤后抽滤得固体粉末，所得固体粉末置于真空干燥箱中，于120-125℃干燥10-24h，转置气氛管式炉中进行煅烧处理，在空气气氛下以 580-640℃煅烧4-5h制得Al2O3/MWNT复合粉末，再向气氛管式炉中通入氢氩混合气，所述氢氩混合气中氢气与氩气体积比为1:(3-9)，维持温度为580-640℃下还原反应3-6h，开炉自然冷却至室温球磨处理得表面掺杂纳米铝金属簇的多壁碳纳米管。
6.根据权利要求1所述的一种高强高韧铝基碳化硅复合材料，其特征在于：所述表面改性型多壁碳纳米管的制备方法如下：先将多壁碳纳米管分散液与KOH溶液混合搅拌后干燥处理，得到表面碱处理的多壁碳纳米管/KOH粉；将所得多壁碳纳米管/KOH粉放入坩埚A中，将氯化金属盐放入坩埚B，所述氯化金属盐包括氯化铝、氯化铜、氯化钛、氯化镁、氯化银中的至少一种，将坩埚A装载置管式炉的下游区，将坩埚B装载置管式炉的上游区，密封管式炉，在氩气氛下，将管式炉上游温区以10-15℃/min的升温速度，从室温升至500-650℃保温60-90min，同时将管式炉的下游温区以10-15℃/min的升温速度，从室温升到600-750℃保温60-90min，获得金属单原子掺杂多壁碳纳米管前驱体；将金属单原子掺杂多壁碳纳米管前驱体加入到浓度为0.5-2mol/L的稀盐酸中，搅拌、真空抽滤、蒸馏水洗涤、干燥，即得到金属单原子掺杂多壁碳纳米管。
7.根据权利要求1所述的一种高强高韧铝基碳化硅复合材料，其特征在于：所述高强高韧铝基碳化硅复合材料是由以下质量百分比的原料制成：32-35%的表面改性型碳化硅粉、6-7%的表面改性型纳米碳纤维、3-4%的表面改性型多壁碳纳米管、0.8-1.2%的表面改性型晶须组合物、余量为6061铝合金粉。
8.一种权利要求1-7中任一项所述的高强高韧铝基碳化硅复合材料的制备工艺，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，表面改性型多壁碳纳米管、表面改性型碳化硅粉、表面改性型纳米碳纤维、表面改性型晶须组合物的制备；
步骤二，将表面改性型多壁碳纳米管、表面改性型纳米碳纤维、表面改性型晶须组合物、铝合金粉进行高速球磨处理，所述铝合金粉质量等于所述表面改性型多壁碳纳米管、表面改性型纳米碳纤维、表面改性型晶须组合物总质量的1.2-1.4倍，所得合金混合料通过气雾法制得球形合金粉，球形合金粉的D50为5-20微米，振实密度大于2.0g/cm3；
步骤三，将步骤二中的球形合金粉与步骤一中的表面改性型碳化硅粉混合均匀后置于模具中进行冷等静压成型处理，冷等静压成型参数如下：成型温度20-50℃，成型压力：先以20 MPa/s加压至 100MPa，保压10-20s，再以10 MPa/s加压至 200MPa，保压10-20s，再以5MPa/s加压至 300MPa，保压10-20s，再以2MPa/s加压至 400MPa，保压10-30s，再以1MPa/s加压至 500MPa，保压10-30s，然后以5MPa/s降压至200 MPa，保压20-40s，再以20MPa/s降压至0MPa，成型速度为2-6mm/s，完成冷等静压成型处理后即可制得预压制件；
步骤四，所得预压制件在氮气或者惰性保护气氛下进行快速烧结处理，快速烧结的升温速率50-200℃/min升温至650-750℃保温0.5-2.0h，以5-10℃/min降温至520-540℃保温80-150min，开炉自然冷却至室温，即可制得高导热性能的高强高韧铝基碳化硅复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种高强高韧铝基碳化硅复合材料的制备工艺，其特征在于：所述步骤三，将步骤二中的球形合金粉与步骤一中的表面改性型碳化硅粉混合均匀后置于模具中进行冷等静压成型处理，冷等静压成型参数如下：成型温度为室温，实测20.8℃，成型压力：先以20 MPa/s加压至 100MPa，保压10s，再以10 MPa/s加压至 200MPa，保压20s，再以5MPa/s加压至 300MPa，保压20s，再以2MPa/s加压至 400MPa，保压30s，再以1MPa/s加压至 500MPa，保压30s，然后以5MPa/s降压至200 MPa，保压30s，再以20MPa/s降压至0MPa，成型速度为3-4mm/s，完成冷等静压成型处理后即可制得预压制件。
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