一种密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料的制备方法技术

一种密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料的制备方法，涉及一种密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料的制备方法。为了解决均质单一结构的铝基多孔材料的综合性能差，梯度泡沫铝的强度无法满足应用的问题。方法：称取氧化铝空心球、粉煤灰空心球或空心玻璃微珠；将铝金属粉末和空心球混合配置成2～5种含不同体积分数或不同粒径的空心球的混合粉体按种类逐层平铺在模具中，得到密度梯度空心球预制体；预热并进行液态铝浸渗。本发明专利技术将空心球与铝粉进行混合控制每一层空心球的体积分数，来调控多孔复合材料的密度，获得具有密度梯度的空心球多孔复合材料，达到密度、强韧性、吸能能力的可控，因此综合性能良好。本发明专利技术适用于制备铝基多孔复合材料。基多孔复合材料。基多孔复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着科技的发展进步，反装甲武器的高速发展，对装甲武器的要求也越来越高。因此急需提高多孔复合材料的强度和塑形使其具有更好的吸能效果，从而使装甲武器具有更好的可靠性。
[0003]传统的泡沫铝具有轻质、高比强度和压缩变形量大的优势，但是由于其强度低、刚度低和抗冲击载荷低的问题难以满足对装甲武器日益增高的需求。因此提高多孔材料的强度可以提升材料的能量吸收效率，科学家将空心球作为空洞或者孔隙添加到铝基体中，制备成多孔铝基复合材料，复合材料的强度与泡沫铝相比具有明显的提高。
[0004]现有铝基多孔材料多为均质单一结构，常见的空心球造孔材料有氧化铝空心球(氧化铝空心微珠)、粉煤灰空心球(粉煤灰空心微珠)和玻璃微珠空心球(空心玻璃微珠)。其中氧化铝空心微珠化学纯度高，性质稳定，缺陷少，厚度与半径比t/R大，因此相同体积分数空心微珠制备的多孔复合材料密度较大且孔隙率相对较低。粉煤灰空心球是一种燃煤燃烧后的剩余物，化学成分复杂，主要成分为SiO2和Al2O3。粉煤灰空心球是从燃煤燃烧后的剩余物中提取出来进行的再次利用，因此成本低；粉煤灰空心球相对于氧化铝空心微珠密度小，但孔壁存在大小不均匀的细小孔隙等缺陷，强度较低。玻璃微珠空心球几何形貌接近正球形，壁厚很薄，只有约1μm左右，密度小玻璃微珠空心球本身的强度受到壁厚的严格影响，其强度随着壁厚的增加而增加，但是当其壁厚增加会影响空心球的孔隙率，导致复合材料的孔隙率下降，从而使得复合材料的吸能能力下降。因此，现有的均质单一结构的铝基多孔材料的综合性能较差。目前关于梯度铝基多孔材料的研究主要集中在梯度泡沫铝的研究上，但是由于泡沫铝的强度较低，因此梯度泡沫铝的强度也无法满足一些实际的应用需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了上述解决现有技术存在的不足，提出了一种密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料的制备方法。
[0006]本专利技术密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：
[0007]一、称取空心球和铝金属粉末；
[0008]所述空心球为氧化铝空心球、粉煤灰空心球或空心玻璃微珠；
[0009]二、密度梯度空心球预制体制备
[0010]将铝金属粉末和空心球混合配置成2～5种含不同体积分数或不同粒径的空心球的混合粉体，将配置的混合粉体按种类逐层平铺在模具中，得到密度梯度空心球预制体；称取铝金属块；
[0011]所述每种混合粉体的平铺厚度为2～20mm；
[0012]所述每种混合粉体中空心球的体积分数为10％～70％；
[0013]所述每种混合粉体中空心球的平均粒径和铝金属粉末的平均粒径相同；每种混合粉体中铝金属粉末的平均粒径和空心球的平均粒径为20μm～200μm；
[0014]所述密度梯度空心球预制体中铝金属块的体积分数为30～50％；
[0015]所述铝金属块的材质和铝金属粉末的材质相同；铝金属粉末和铝金属块的材质为纯铝或铝合金，其中铝合金为Al
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Si合金、Al
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Cu合金、Al
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Mg合金、Al
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Si
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Cu合金、Al
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Si
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Mg合金、Al
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Cu
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Mg合金、Al
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Zn
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Cu合金、Al
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Zn
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Mg
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Cu合金、Al
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Be合金、Al
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Li合金、Al
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Si
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Cu
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Mg合金中的一种或其中几种的组合。所述Al
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Si合金中Si的质量分数为0.5％～25％；所述Al
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Cu合金中Cu的质量分数为0.5％～53％；所述Al
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Mg合金中Mg的质量分数为0.5％～38％；Al
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Si
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Cu合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al
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Si
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Mg合金中Si的质量分数为0.5％～25％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al
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Cu
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Mg合金中Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％；Al
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Zn
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Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al
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Zn
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Mg
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Cu合金中Zn的质量分数为0.5％～55％，Mg的质量分数为0.5％～38％，Cu的质量分数为0.5％～53％；Al
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Be合金中Be的质量分数为0.5％～20％；Al
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Li合金中Li的质量分数为0.5％～35％；Al
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Si
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Cu
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Mg合金Si的质量分数为0.5％～25％，Cu的质量分数为0.5％～53％，Mg的质量分数为0.5％～38％。
[0016]三、预热：将步骤二得到的密度梯度空心球预制体带模具移至加热炉中，将加热炉的温度从室温升温至350℃～700℃，在温度为350℃～700℃的条件保温2h～8h，得到预热的密度梯度空心球预制体；在保护气氛下，将步骤二称取的铝金属块加热至熔点以上50～400℃，得到熔融的铝金属；由于熔融温度较高，液压态铝的流动性较好，与空心球的润湿性能也得到改善，有利于后期复合材料制备；
[0017]所述保护气氛为氮气、氩气或氦气；
[0018]所述保护气氛的压力为0.1MPa～10MPa；
[0019]四、液态铝浸渗：将步骤三中得到的预热的密度梯度空心球预制体带模具置于压力机台面上，将步骤三得到的熔融的铝金属倒入模具内预热的密度梯度空心球预制体上面，进行压力浸渗，最后冷却脱模，得到密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料。
[0020]压力浸渗过程中通过压力机施加压力，使熔融的铝金属浸渗到预热的密度梯度空心球预制体的间隙中。为了使液态铝可以充分浸渗到空心球的微米间隙，同时不破坏空心球的空心结构，采用低压浸渗的方法。
[0021]所述压力浸渗时压力为5～20MPa；
[0022]所述冷却的冷却速度为10℃/min～30℃/min；
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]1、本专利技术预制体制备过程中无需预压。同时压力浸渗中采用低压浸渗，通过调整浸渗压力，改善润湿及金属铝液流动性，使金属铝液易于渗入空心球孔隙中去，并保持空心球的空心结构不被破坏；
[0025]2、本专利技术通过将空心球与铝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料的制备方法，其特征在于：密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：一、称取空心球和铝金属粉末；所述空心球为氧化铝空心球、粉煤灰空心球或空心玻璃微珠；二、密度梯度空心球预制体制备将铝金属粉末和空心球混合配置成2～5种含不同体积分数或不同粒径的空心球的混合粉体，将配置的混合粉体按种类逐层平铺在模具中，得到密度梯度空心球预制体；称取铝金属块；所述每种混合粉体中空心球的平均粒径和铝金属粉末的平均粒径相同；所述铝金属块的材质和铝金属粉末的材质相同；三、预热：将步骤二得到的密度梯度空心球预制体带模具移至加热炉中，将加热炉的温度从室温升温至350℃～700℃，在温度为350℃～700℃的条件保温2h～8h，得到预热的密度梯度空心球预制体；在保护气氛下，将步骤二称取的铝金属块加热至熔点以上50～400℃，得到熔融的铝金属；四、液态铝浸渗：将步骤三中得到的预热的密度梯度空心球预制体带模具置于压力机台面上，将步骤三得到的熔融的铝金属倒入模具内预热的密度梯度空心球预制体上面，进行压力浸渗，最后冷却脱模，得到密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料。2.根据权利要求1所述的密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二中每种混合粉体的平铺厚度为2～20mm。3.根据权利要求1所述的密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二中每种混合粉体中空心球的体积分数为10％～70％。4.根据权利要求1所述的密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二中每种混合粉体中铝金属粉末的平均粒径和空心球的平均粒径为20μm～200μm。5.根据权利要求1所述的密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二所述密度梯度空心球预制体中铝金属块的体积分数为30～50％。6.根据权利要求1所述的密度梯度空心球增强铝基多孔复合材料的制备方法，其特征在于：步骤二所述铝金属粉末和铝金属块的材质为纯铝或铝合金，其中铝合金为Al
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Si合金、Al
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Cu合金、Al
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Mg合金、Al
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Si
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Cu合金、Al
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Si
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Mg合金、Al
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Cu
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Mg合金、Al
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Zn
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Cu合金、Al
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Zn
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【专利技术属性】
技术研发人员：张强，孙凯，祝平，姜龙涛，杨文澍，陈国钦，修子扬，武高辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：