一种空心球泡沫铝复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种空心球泡沫铝复合材料及其制备方法，所述空心球泡沫铝复合材料包括泡沫铝基体和空心陶瓷球，所述空心陶瓷球分布在所述泡沫铝基体中。本发明专利技术的复合材料在泡沫铝基体内部分布空心陶瓷球，空心陶瓷球的质量轻、硬度高，复合材料具有轻质和防切割性能强的优点，切割工具从软质泡沫铝接触到硬质空心陶瓷球时受力增大，会发生退让，致使复合材料很难一次性切开，且切割工具触及空心陶瓷球时作用力方向会因球形表面发生偏转，提高了复合材料的防切割性能。

【技术实现步骤摘要】
一种空心球泡沫铝复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料
，具体而言，涉及一种空心球泡沫铝复合材料及其制备方法。
技术介绍
泡沫铝是一种多孔泡沫金属材料，一般通过铝合金发泡成型工艺生产，在金属内形成均匀分布的气泡，从而使泡沫铝具备了轻质、高比刚度、阻尼减振、隔声降噪、吸能防撞击、隔热耐火耐腐蚀等诸多优异的性能。目前泡沫铝材料在航空航天、汽车船舶、机械建筑和包装运输等防护减震领域得到了广泛的应用。但是铝合金硬度较低，防切割能力差，而泡沫铝结构材料中又具有气泡，用水刀、砂轮、车刀、转头等切割工具可以轻易切开泡沫铝。导致泡沫铝材料在使用过程中容易切割损坏，限制了其应用场景。因此，如何在保留材料轻质优点的同时提高防切割性能是目前急需解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是如何保留材料轻质优点的同时提高防切割性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种空心球泡沫铝复合材料，包括泡沫铝基体和空心陶瓷球，所述空心陶瓷球分布在所述泡沫铝基体中。可选地，所述空心陶瓷球的直径介于1mm-20mm之间，所述空心陶瓷球的壁厚介于10μm-1000μm之间。可选地，在所述泡沫铝基体中，相邻所述空心陶瓷球的最大球心距离D1与相邻所述空心陶瓷球的最小球心距离D2满足关系：2≥D1/D2≥1。可选地，所述空心陶瓷球的总体积占所述复合材料体积的5％-60％。相对于现有技术，本专利技术空心球泡沫铝复合材料具有以下有益效果：(1)复合材料在泡沫铝基体内部分布空心陶瓷球，空心陶瓷球的质量轻、硬度高，复合材料具有轻质和防切割性能强的优点，切割工具从软质泡沫铝接触到硬质空心陶瓷球时受力增大，会发生退让，致使复合材料很难一次性切开，且切割工具触及空心陶瓷球时作用力方向会因球形表面发生偏转，提高了复合材料的防切割性能。(2)复合材料包括泡沫铝金属网格结构、泡沫铝中的孔洞结构和空心陶瓷球结构，各结构对冲击波的传导速度不同，能延长复合材料中冲击波的作用时间，降低冲击波的峰值，提高复合材料的吸能性能，空心陶瓷球还具有分散冲击波的作用，可以将冲击波均匀分散到泡沫铝基体中时，通过泡沫铝的压缩变形和粉碎损耗消耗冲击波能量，提高复合材料的抗冲击防爆轰性能。(3)复合材料中选用直径较大的空心陶瓷球，切割工具易接触到空心陶瓷球，各空心陶瓷球的直径可以相同或不同，不同直径的空心陶瓷球组合使用可以填补间隙，提高空心陶瓷球空间占比，且空心陶瓷球直径不同，切割工具受力接触时发生不同程度偏转，可以提高复合材料整体的防切割性能。(4)复合材料中空心陶瓷球的体积可以根据应用场景进行调整，当空心陶瓷球所占体积较小时，复合材料更加轻质，空心陶瓷球所占体积增大，复合材料的防切割和防爆性能提高。(5)复合材料中空心陶瓷球分布均匀，可以保证材料各部位结构和性能的一致性高，适于产业使用。本专利技术还提供一种空心球泡沫铝复合材料的制备方法，包括如下步骤：将铝或铝合金加热至660℃-750℃，熔化得到铝液；向铝液中加入增粘剂，搅拌分散；向含有增粘剂的铝液中加入空心陶瓷球，搅拌分散；向含有增粘剂的铝液中加入发泡剂，搅拌分散；加入发泡剂和空心陶瓷球的铝液在630℃-700℃下保温，静置5min-10min；冷却后得到空心球泡沫铝复合材料。可选地，所述向含有增粘剂的铝液中加入空心陶瓷球，搅拌分散步骤中，所述空心陶瓷球加入前在800℃-1200℃温度下预热30min-120min。可选地，所述向含有增粘剂的铝液中加入空心陶瓷球，搅拌分散步骤中，搅拌速度为1000rpm-3000rpm，搅拌时间为1min-5min。可选地，所述向含有增粘剂的铝液中加入发泡剂，搅拌分散步骤中，搅拌速度为1500rpm-2500rpm，搅拌时间为10s-90s。可选地，所述向铝液中加入增粘剂，搅拌分散步骤中，搅拌速度为600rpm-1500rpm，搅拌时间为2min-10min。可选地，所述增粘剂为Ca或CaC2，所述增粘剂的粒径为2mm-3mm，所述发泡剂为TiH2、ZrH2或HfH2，所述发泡剂的粒度为200目-300目。相对于现有技术，本专利技术空心球泡沫铝复合材料制备方法具有以下有益效果：(1)该制备方法通过发泡工艺将空心陶瓷球固定在泡沫铝中，空心陶瓷球与泡沫铝基体的连接强度高，复合材料成型后空心陶瓷球位置固定，不会移动，复合材料结构和性能稳定。(2)本方法步骤简单，生产效率高，通过本方法可以制备出不同形状的复合材料，且复合材料中空心陶瓷球均匀分布，复合材料性能稳定，一致性高，适于工业生产。附图说明图1为本专利技术实施例中空心球泡沫铝复合材料的结构图；图2为本专利技术实施例中空心球泡沫铝复合材料制备方法的流程图。附图标记说明：1-泡沫铝基体，2-空心陶瓷球。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。需要说明的是，以下各实施例仅用于说明本专利技术的实施方法和典型参数，而不用于限定本专利技术所述的参数范围，由此引申出的合理变化，仍处于本专利技术权利要求的保护范围内。结合图1所示，本专利技术的实施例公开一种空心球泡沫铝复合材料，包括泡沫铝基体1和空心陶瓷球2，空心陶瓷球2分布在泡沫铝基体1中。泡沫铝为通孔泡沫铝或闭孔泡沫铝，空心陶瓷球2的材料为氧化铝、碳化硼、氮化硼、氮化硅、氮化铝或氧化锆。空心陶瓷球2的质量轻、硬度高，复合材料具有轻质和防切割性能强的优点，切割工具从软质泡沫铝接触到硬质空心陶瓷球2受力增大，会发生退让，致使复合材料很难一次性切开，且切割工具触及空心陶瓷球2时作用力方向会因球形表面发生偏转，进一步提高了复合材料的防切割性能。另外，该复合材料具有泡沫铝金属网格结构、泡沫铝中的孔洞结构和空心陶瓷球2结构，各结构对冲击波的传导速度不同，其中空心陶瓷球2对冲击波具有很快的传导速度，泡沫铝金属网格结构对冲击波的传导速度较缓，泡沫铝中的孔洞结构对冲击波传导速度最慢，各结构传播冲击波的速度差异能延长冲击波的作用时间，降低冲击波的峰值，提高复合材料的吸能性能。空心陶瓷球2还具有分散冲击波的作用，可以将冲击波均匀分散到泡沫铝中时，通过泡沫铝的压缩变形和粉碎损耗消耗冲击波能量，提高复合材料的抗冲击防爆轰性能。进一步地，限定复合材料中空心陶瓷球2的体积比例，空心陶瓷球2的总体积占复合材料体积的5％-60％，复合材料中空心陶瓷球2的体积可以根据应用场景进行调整，当空心陶瓷球2所占体积增大，复合材料的防切割和防爆性能提高。选用的空心陶瓷球2的直径介于1mm-20mm之间，壁厚介于10μm-1000μm之间。选用直径较大的空心陶瓷球2，切割时易接触到空心陶瓷球2。复合材料中各空心陶瓷球2的直径可以相同或不同，不同直径的空心陶瓷球2组合使用可以填补间隙，提高空心陶瓷球2体积占比。且空心陶瓷球2直径不同，切割工具受力接触时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空心球泡沫铝复合材料，其特征在于，包括泡沫铝基体和空心陶瓷球，所述空心陶瓷球分布在所述泡沫铝基体中。/n

【技术特征摘要】
1.一种空心球泡沫铝复合材料，其特征在于，包括泡沫铝基体和空心陶瓷球，所述空心陶瓷球分布在所述泡沫铝基体中。


2.根据权利要求1所述的空心球泡沫铝复合材料，其特征在于，所述空心陶瓷球的直径介于1mm-20mm之间，所述空心陶瓷球的壁厚介于10μm-1000μm之间。


3.根据权利要求2所述的空心球泡沫铝复合材料，其特征在于，在所述泡沫铝基体中，相邻所述空心陶瓷球的最大球心距离D1与相邻所述空心陶瓷球的最小球心距离D2满足关系：2≥D1/D2≥1。


4.根据权利要求1-3任一所述的空心球泡沫铝复合材料，其特征在于，所述空心陶瓷球的总体积占所述复合材料体积的5％-60％。


5.一种空心球泡沫铝复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将铝或铝合金加热至660℃-750℃，熔化得到铝液；
向铝液中加入增粘剂，搅拌分散；
向含有增粘剂的铝液中加入空心陶瓷球，搅拌分散；
向含有增粘剂的铝液中加入发泡剂，搅拌分散；
加入发泡剂和空心陶瓷球的铝液在630℃-700℃下保温，静置5min-10min；
冷却后得到空心球泡沫铝复合材料。


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【专利技术属性】
技术研发人员：崔东波，陈祥，
申请(专利权)人：宁波赛孚新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33