聚合物层与金属层的界面处的焓驱动自硬化过程制造技术

本发明专利技术公开了聚合物层与金属层的界面处的焓驱动自硬化过程。一种产生界面的方法，包括:a)将有机金属化合物添加到聚合物材料以产生界面层；b)将具有界面层的聚合物材料放置于模具中；c)加热沉积材料，直到沉积材料具有预定的最小体积密度；和d)将沉积材料沉积在界面层上。熔融的金属材料的潜热转移到界面层，以在界面层与金属材料之间产生化学结合和物理互锁。沉积材料冷却以在界面层上形成固化层。

【技术实现步骤摘要】
聚合物层与金属层的界面处的焓驱动自硬化过程
本公开涉及一种使用相互扩散在聚合物层与金属层之间产生坚固界面的方法。更具体地，本公开描述了利用相互扩散过程的在聚合物/金属界面处的焓驱动自硬化过程。本公开还涉及包括金属层与聚合物层之间的坚固界面的组件。
技术介绍
有时不同的材料必须相互偶联。由于这些不同材料的热膨胀系数不匹配，这些不同材料之间的连接部可能在例如高温下分层。此外，由于受限制的几何形状，包覆成型过程中的机械互锁不能在承载应用中形成有效的界面。因此，希望开发一种在不同材料之间形成坚固界面的方法。
技术实现思路
本公开描述了一种通过使用有机金属化合物的相互扩散过程在聚合物层与金属层之间产生坚固界面的方法。相互扩散过程是热诱导颗粒的体积密度变化的结果。因此，这种方法是焓驱动过程，其导致微观-细观尺度下界面自硬化。目前公开的产生界面的方法包括:a)将有机金属化合物添加到聚合物材料的表面，或者通过改变聚合物表面能而进行熔融的聚合物混配，以产生界面层；b)将具有界面层的聚合物材料放置于模具中；c)加热沉积材料(例如，金属材料、陶瓷材料或复合材料)，直到沉积材料的体积密度最小化；和e)作为沉积材料体积变化的结果，将潜热转移到聚合物材料上的界面层。潜热的这种转移导致在界面层与沉积材料之间产生化学结合和物理互锁。界面层由固化的材料形成。沉积材料的体积密度随着沉积材料的温度的升高而线性降低。由于金属材料的最小体积密度，金属材料的潜热转移到界面层。固化沉积层的形成使界面层与固化的金属层之间的界面强度最大化。沉积金属、陶瓷或复合材料粉末/线材可以包括将金属、陶瓷或复合材料粉末直接喷涂到界面层上。替代地或附加地，沉积热的金属、陶瓷或复合材料可以包括将沉积材料直接3D打印到界面层上。有机金属化合物可以包括选自硅、磷和硫中的至少一种。沉积材料可以包括选自锌基合金、铝基合金、锡基合金、铜基合金、铝硅基复合材料、镍基合金或石墨基复合材料中的至少一种，以产生导致有机金属化合物扩散到沉积材料的化学结合。界面层上沉积材料的较低表面活化能导致沉积材料与有机金属化合物中的无机添加剂发生化学反应。在界面层上沉积该沉积材料可导致沉积材料与界面层之间的物理扩散，同时发生化学结合。化学结合可以通过在沉积材料与界面层之间共享电子而发生。化学结合可以通过与阴离子分子和阳离子分子偶联而发生。本公开还描述了一种组件。该组件包括聚合物材料、沉积材料和将聚合物材料和金属材料能量互连的界面层。界面层包括有机金属化合物。界面层可以与沉积材料化学结合。界面层和沉积材料可以彼此机械互锁。沉积材料被构造为固化层。有机金属化合物可以包括选自硅、磷和硫中的至少一种。沉积材料可以包括选自锌基合金、铝基合金、锡基合金、铜基合金、镍基合金、铁基合金、铝硅基复合材料或石墨基复合材料中的至少一种。界面层可以被构造为包括有机金属化合物的聚合物基质。界面层可以包括无机添加剂。聚合物材料可以具有第一热膨胀系数，金属材料具有第二热膨胀系数，并且第一热膨胀系数不同于第二热膨胀系数。至少一个离子键可以化学结合界面层和沉积材料。至少一个共价键和一个范德华相互作用可以化学结合界面层和沉积材料。本专利技术可以包括以下技术方案：1.一种产生界面的方法，包括:将多种有机金属化合物添加到聚合物材料以产生界面层；将所述界面层放置于模具中；加热沉积材料，直到所述沉积材料具有预定的最小体积密度，其中在加热所述沉积材料后，所述沉积材料被熔化；将所述沉积材料沉积在所述界面层上；其中所述沉积材料的潜热转移到所述界面层，以在所述界面层与所述沉积材料之间产生化学结合和物理互锁；以及其中所述沉积材料冷却以在所述界面层上形成固化的沉积层。2.根据技术方案1所述的方法，其中所述沉积材料的体积密度随着所述沉积材料的温度升高而线性降低，并且由于所述沉积材料的预定的最小体积密度，所述沉积材料的潜热转移到所述界面层。3.根据技术方案2所述的方法，其中将多种有机金属化合物添加到聚合物材料包括从下列项选择的至少一种：将所述多种有机金属化合物添加到所述聚合物材料的表面和将所述聚合物材料与所述多种有机金属化合物混配。4.根据技术方案1所述的方法，其中固化的沉积层的形成使所述界面层与固化的沉积层之间的界面强度最大化，并且其中沉积所述沉积材料包括将金属粉末或线材直接喷涂到所述界面层上。5.根据技术方案1所述的方法，其中沉积所述沉积材料包括将所述沉积材料直接3D打印到所述界面层上。6.根据技术方案1所述的方法，其中有机金属化合物包括选自硅、磷和硫中的至少一种。7.根据技术方案1所述的方法，其中所述沉积材料包括选自锌基合金、铝基合金、锡基合金、铜基合金、镍基合金、铁基合金、铝-硅复合材料和石墨基复合材料中的至少一种，以产生导致所述有机金属化合物扩散到所述沉积材料的表面的化学结合。8.根据技术方案1所述的方法，其中沉积所述沉积材料使表面活化能最大化，以使所述沉积材料与所述有机金属化合物中的无机添加剂发生化学反应。9.根据技术方案1所述的方法，其中将所述沉积材料沉积在界面层上导致在所述沉积材料与所述界面层之间发生物理扩散，同时发生化学结合。10.根据技术方案9所述的方法，其中所述化学结合通过在所述沉积材料与所述界面层之间共享电子而发生。11.根据技术方案9所述的方法，其中所述化学结合通过与阴离子和阳离子分子偶联而发生。12.一种组件，包括:聚合物材料；沉积材料；将所述聚合物材料和所述沉积材料互连的界面层；其中所述界面层包括多种有机金属化合物；其中所述界面层与所述沉积材料化学结合；以及其中所述界面层和所述沉积材料彼此物理互锁。13.根据技术方案12所述的组件，其中所述沉积材料被构造为固化层。14.根据技术方案13所述的组件，其中所述有机金属化合物包括选自硅、磷和硫中的至少一种。15.根据技术方案13所述的组件，其中所述沉积材料包括选自锌基合金、铝基合金、锡基合金、铜基合金、镍基合金、铁基合金、铝-硅复合材料和石墨基复合材料中的至少一种。16.根据技术方案13所述的组件，其中所述界面层被构造为包括所述多种有机金属化合物的聚合物基质。17.根据技术方案13所述的组件，其中所述界面层包括无机添加剂。18.根据技术方案13所述的组件，其中所述聚合物材料具有第一热膨胀系数，所述沉积材料具有第二热膨胀系数，并且所述第一热膨胀系数不同于所述第二热膨胀系数，并且至少一个范德华键化学结合所述界面层和所述沉积材料。19.根据技术方案13所述的组件，其中至少一个离子键化学结合所述界面层和所述沉积材料。20.根据技术方案13所述的组件，其中至少一个共价键化学结合所述界面层和所述沉积材料。本教导的上述特征和优点，以及其他特征和优点，从下面结合附图对用于实施本教导的一些最佳模式和其他实施例的详细描述中变得显而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种产生界面的方法，包括:/n将多种有机金属化合物添加到聚合物材料以产生界面层；/n将所述界面层放置于模具中；/n加热沉积材料，直到所述沉积材料具有预定的最小体积密度，其中在加热所述沉积材料后，所述沉积材料被熔化；/n将所述沉积材料沉积在所述界面层上；/n其中所述沉积材料的潜热转移到所述界面层，以在所述界面层与所述沉积材料之间产生化学结合和物理互锁；以及/n其中所述沉积材料冷却以在所述界面层上形成固化的沉积层。/n

【技术特征摘要】
20191105 US 16/6740361.一种产生界面的方法，包括:
将多种有机金属化合物添加到聚合物材料以产生界面层；
将所述界面层放置于模具中；
加热沉积材料，直到所述沉积材料具有预定的最小体积密度，其中在加热所述沉积材料后，所述沉积材料被熔化；
将所述沉积材料沉积在所述界面层上；
其中所述沉积材料的潜热转移到所述界面层，以在所述界面层与所述沉积材料之间产生化学结合和物理互锁；以及
其中所述沉积材料冷却以在所述界面层上形成固化的沉积层。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述沉积材料的体积密度随着所述沉积材料的温度升高而线性降低，并且由于所述沉积材料的预定的最小体积密度，所述沉积材料的潜热转移到所述界面层。


3.根据权利要求2所述的方法，其中将多种有机金属化合物添加到聚合物材料包括从下列项选择的至少一种：将所述多种有机金属化合物添加到所述聚合物材料的表面和将所述聚合物材料与所述多种有机金属化合物混配。


4.根据权利要求1所述的方法，其中固化的沉积层的形成使所述界面层与固化的沉积层之间的界面强度最大化，并且其中沉积所述沉积材料包括将金...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·白，S·J·韩，Q·张，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US