一种仿生层状结构金属基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种仿生层状结构金属基复合材料的制备方法，包括下述步骤：S1.纤维预处理：在目标纤维表面预处理形成金属涂层；S2.编织布制备：将预处理后的纤维编制为N*N根/cm的平面布；S3.涂层处理：将金属粉末与粘结剂充分混合后均匀涂在平面布上，得到涂层编织布；S4.表面处理：将薄板金属表面处理后晾干得到金属基体；S5.叠层：将涂层编织布和金属基体按照交互交替的方式进行叠层，且最终叠层品的上下面均为金属基体，得到叠层板；S6.压制：对叠层板进行加压处理，得到压制板；S7.烧结：将压制板在惰性气氛下烧结。本发明专利技术流程简单，设备投资少，适宜规模化生产，且实现了制备连续纤维增强复合材料。强复合材料。强复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生层状结构金属基复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料制备相关
，具体为一种仿生层状结构金属基复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]金属基复合材料(Metal Matrix Composites，MMCs)一般是以金属为连续相，以高强度的异质颗粒、纤维或晶须为增强相组成的复合材料。随着现代工业的迅速发展，MMCs因其轻质、高比模量、高比强度、耐高温、耐摩擦、耐磨损、良好导电性、导热性、尺寸稳定性高、低热膨胀系数等优点，在航天、航空、电子、能源、交通等重大工程领域的应用日益广泛。
[0003]在金属材料本征性能的基础上，金属基复合材料通过其界面的变形协调作用，将载荷传递至所引入的增强体上，进一步通过界面与界面间的协同耦合作用，从而实现了材料结构性能改善的目的。但已有研究表明，均匀分散的增强相在改善复合材料强度、刚度的同时，牺牲了基体材料的部分本征性能，即塑性、韧性、损伤容限制等性能下降，该现象随着增强相体积分数的增大愈专利技术显。这是由于随着增强体及相界面的增多，复合材料中载荷分布的不均匀性及变形的不协调性更加显著，相界面处很容易萌生裂纹并扩展，制约了复合材料性能的进一步提高，从而限制了金属基复合材料使用场景。层状金属基复合材料因其独特的“贝壳”仿生结构，在塑性、韧性、损伤容限等性能上有着较为优异的表现。
[0004]现有层状金属基复合材料的制备方法主要存在以下问题：1.工艺繁琐、流程较多，周期较长。2.无法制备连续纤维增强复合材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种仿生层状结构金属基复合材料的制备方法，以解决现有层状金属基复合材料制备方法存在的：工艺繁琐、流程较多，周期较长，无法制备连续纤维增强复合材料的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种仿生层状结构金属基复合材料的制备方法，包括下述步骤：
[0007]S1.纤维预处理：在目标纤维表面预处理形成金属涂层；
[0008]S2.编织布制备：将预处理后的纤维编制为N*N根/cm的平面布；
[0009]S3.涂层处理：将金属粉末与粘结剂充分混合后均匀涂在平面布上，得到涂层编织布；
[0010]S4.表面处理：将薄板金属表面处理后晾干得到金属基体；
[0011]S5.叠层：将涂层编织布和金属基体按照交互交替的方式进行叠层，且最终叠层品的上下面均为金属基体，得到叠层板；
[0012]S6.压制：对叠层板进行加压处理，得到压制板；
[0013]S7.烧结：将压制板在惰性气氛下烧结。
[0014]进一步的，步骤S1所述目标纤维包括：氧化铝纤维、石英纤维、玄武岩纤维、碳化硅
纤维、碳纤维、聚乙烯纤维、聚四氟乙烯纤维中的至少一种。
[0015]进一步的，步骤S1所述金属涂层包括：金、镍、铜、银、铁金属涂层中的至少一种。
[0016]进一步的，步骤S2所述N的取值为3
‑
10。
[0017]进一步的，步骤S3所述金属粉末包括：铝、锡金属粉末中的至少一种。
[0018]进一步的，步骤S3所述粘结剂包括：羟丙基甲基纤维素、硅溶胶、PVA溶液、淀粉、羟基铝溶胶、四氢呋喃、氰基丙烯酸酯、植物油、松香、糊精、水玻璃、呋喃树脂中的至少一种。
[0019]进一步的，以质量比计，步骤S3所述金属粉末与粘结剂的质量比为，金属粉末：粘结剂＝0.5
‑
5:1。
[0020]进一步的，步骤S3所述涂层编织布的涂层厚度为0.8
‑
5mm。
[0021]进一步的，步骤S6所述加压处理包括：对叠层板施加5
‑
50MPa的压力，保压20
‑
100min。
[0022]进一步的，步骤S7所述在惰性气氛下烧结的方法包括：首先维持对压制板施加5
‑
10MPa的压力，并以惰性气体置换待烧结压制板的环境气氛；之后抽真空至0.1
‑
10Pa；最后升温至500
‑
1000℃，烧结2
‑
10h，完成烧结操作。
[0023]相比于现有技术，本专利技术的优点在于：
[0024]1.显著优化了工序步骤，各步骤采用的加工设备均为比较传统的工艺设备，因此本专利技术工业化难度较低，适宜于规模化、工业化生产仿生层状结构金属基复合材料。
[0025]2.本专利技术采用金属粉末与粘结剂混合作为叠层间的填充物，保证了所制备复合材料烧结后的致密性。
[0026]3.本专利技术以改性处理的纤维编织布作为增强相，实现了增强相的二维平面连续分布。
[0027]4.本专利技术对于金属基的构型没有明确的平面板材要求，即使是异型材，通过贴合改性处理的纤维编织布的方式，一样可以实现增强处理。因此本专利技术实现了仿生层状结构金属基复合材料的复合构型可控化，可以直接生产制备异形构件。
[0028]5.本专利技术可以通过纤维编织布的层数和位置调节实现增强相的分布及含量可控化调节，产品种类不再单一，可根据需要进行相应配置调整，且调整非常方便。
附图说明
[0029]图1所示为本专利技术仿生层状结构金属基复合材料制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
[0030]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案、技术效果更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术技术方案进行清楚、完整地详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。除非另有说明，以下实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
[0031]金属基复合材料的最终性能不仅取决于基体和增强体的种类及配比，也与增强体在基体中的分布模式及材料的尺度有着至关重要的相关性。例如：
[0032]专利：二维材料增强金属基复合材料及其连续化制备方法，CN201910822067.6，工艺所述如下：采用卷对卷化学气相沉积工艺，在金属箔表面沉积单层或多层二维材料(平面
连续相)，形成复合箔；沉积过程中，通过卷对卷的传输，将所述复合箔逐层卷覆于沉积设备一端的内模上；在完成卷覆的复合箔外包覆外模，并进行抽真空处理；将所述复合箔进行热等静压处理，冷却至室温，获得块状金属基复合材料。实现了二维材料在金属基体中的平行排布，但制备所需设备较为精密昂贵，工艺流程较为繁琐，同时因温度及工艺技术的要求，操作人员有较高的专业水平。
[0033]专利：一种航空航天用金属基复合材料的制备方法，CN 201711059256.X，ZrB2粉、Ti粉和Nb粉，球磨混合制得混合粉体；然后将混合粉体置于涂有氮化硼和无水乙醇模具中，压制成型，然后真空热压烧结制得不同ZrB2粉含量的增强型铌钛基复合材料；将不同ZrB2粉含量的增强型铌钛剂复合材料依次作为上表层、夹心层和下表层置于石墨模具中，层与层之间采用环氧树脂粘结，然后向石墨模具施加15
‑
20MPa的压力，压制成型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生层状结构金属基复合材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：S1.纤维预处理：在目标纤维表面预处理形成金属涂层；S2.编织布制备：将预处理后的纤维编制为N*N根/cm的平面布；S3.涂层处理：将金属粉末与粘结剂充分混合后均匀涂在平面布上，得到涂层编织布；S4.表面处理：将薄板金属表面处理后晾干得到金属基体；S5.叠层：将涂层编织布和金属基体按照交互交替的方式进行叠层，且最终叠层品的上下面均为金属基体，得到叠层板；S6.压制：对叠层板进行加压处理，得到压制板；S7.烧结：将压制板在惰性气氛下烧结。2.根据权利要求1所述仿生层状结构金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1所述目标纤维包括：氧化铝纤维、石英纤维、玄武岩纤维、碳化硅纤维、碳纤维、聚乙烯纤维、聚四氟乙烯纤维中的至少一种。3.根据权利要求1所述仿生层状结构金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1所述金属涂层包括：金、镍、铜、银、铁金属涂层中的至少一种。4.根据权利要求1所述仿生层状结构金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2所述N的取值为3
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10。5.根据权利要求1所述仿生层状结构金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3所述金属粉末包括：铝、锡金属粉末中的至少一种。6.根据权利要求1所述仿生层状结构金属基复...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴新猛，马小民，张健，张春苏，
申请(专利权)人：莫纶珠海新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：