權(quán)利要求

1.鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括：將自下而上疊加的下層金屬面板、鋁基多孔復(fù)合原料和上層金屬面板進(jìn)行預(yù)壓成形得到待燒結(jié)坯體，將所述待燒結(jié)坯體進(jìn)行等離子熱壓燒結(jié)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述待燒結(jié)坯體的制備過程包括：將所述下層金屬面板、所述鋁基多孔復(fù)合原料和所述上層金屬面板依次裝入模具中，施加壓力進(jìn)行保壓； 優(yōu)選地，所述預(yù)壓成形的操作壓力為10-30MPa，保壓時(shí)間為5-10min； 優(yōu)選地，在裝入所述鋁基多孔復(fù)合原料之后進(jìn)行一次預(yù)壓，再裝入所述上層金屬面板進(jìn)行預(yù)壓成形。 3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述鋁基多孔復(fù)合原料包括鋁合金粉體和空心微球； 優(yōu)選地，所述鋁基多孔復(fù)合原料是將多層多孔芯層進(jìn)行逐層鋪設(shè)形成，每層所述多孔芯層均是由鋁合金粉體和空心微球混合而得，且相鄰的兩層所述多孔芯層中至少一個(gè)參數(shù)指標(biāo)不同；其中，所述參數(shù)指標(biāo)包括兩種原料的粒度、材質(zhì)和配比； 優(yōu)選地，多個(gè)所述多孔芯層呈梯度變化； 優(yōu)選地，所述多孔芯層的層數(shù)為2-5層。 4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，每次鋪設(shè)一層所述多孔芯層均進(jìn)行一次預(yù)壓，每次預(yù)壓的操作壓力為10-30MPa，保壓時(shí)間為3-5min。 5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述鋁合金粉體的粒度為100-1000目，所述空心微球的粒度為16-1000目； 優(yōu)選地，所述參數(shù)指標(biāo)中的配比是指所述鋁合金粉體或所述空心微球的體積與復(fù)合材料總體積比例。 6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述鋁合金粉體的材質(zhì)選自1xxx系鋁合金、2xxx系鋁合金、3xxx系鋁合金、4xxx系鋁合金、5xxx系鋁合金、6xxx系鋁合金和7xxx系鋁合金中的至少一種； 優(yōu)選地，所述空心微球的材質(zhì)選自陶瓷類空心微球、玻璃類空心微球和熔點(diǎn)高于鋁合金粉體熔點(diǎn)的金屬類空心微球中的至少一種。 7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述下層金屬面板和所述上層金屬面板的材質(zhì)選自鋁、鈦、鋼、鋁合金和鈦合金中的至少一種； 優(yōu)選地，所述下層金屬面板和所述上層金屬面板在裝填之前進(jìn)行表面磨光處理； 優(yōu)選地，當(dāng)所述下層金屬面板或所述上層金屬面板的材質(zhì)采用非鋁質(zhì)面板時(shí)，在所述非鋁質(zhì)面板和所述鋁基多孔復(fù)合原料之間設(shè)置鋁箔。 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述等離子熱壓燒結(jié)的過程中分為兩步進(jìn)行控溫，先升溫至400-460℃保溫3-5min，再升溫至500-600℃保溫3-10min，然后再進(jìn)行降溫； 優(yōu)選地，升溫速率為80-100℃/min，在升溫和保溫過程中均施加壓力5-15MPa； 優(yōu)選地，先以80-120℃/min的降溫速率降溫至100℃以下，再自然冷卻。 9.鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)，其特征在于，通過權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的制備方法制備而得。 10.權(quán)利要求9所述的鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)在航空航天、國防軍工或汽車交通中的應(yīng)用。

說明書

鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)及其制備方法和應(yīng)用

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋁基材料技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)是由鋁基多孔復(fù)合材料芯層和致密金屬面板復(fù)合制成的一類新型層狀多孔金屬復(fù)合材料，兼具輕質(zhì)、高比強(qiáng)度、高比剛度、抗沖擊、振動(dòng)阻尼性能好、電磁屏蔽以及功能可設(shè)計(jì)性等綜合特性，符合航空航天、國防軍工、汽車交通等領(lǐng)域?qū)Σ牧咸岢龅妮p量化和多功能化的要求。

現(xiàn)有技術(shù)中，層狀多孔金屬復(fù)合材料的制備方法主要有膠粘法、釬焊法和擴(kuò)散焊連接法等。膠粘法依賴于膠粘劑的粘質(zhì)特性，結(jié)合強(qiáng)度偏低、耐候性一般，在高溫、腐蝕或循環(huán)應(yīng)力下易變質(zhì)或老化，使用具有限制性。釬焊法和擴(kuò)散焊連接法在一定程度上彌補(bǔ)了膠粘法的不足，但釬焊法的使用難以消除鋁基多孔復(fù)合材料芯層與鋁質(zhì)面板層間氧化膜的影響，引起界面結(jié)合強(qiáng)度不足；而擴(kuò)散焊連接法需提供較高壓力實(shí)現(xiàn)界面的原子擴(kuò)散，鋁基多孔復(fù)合材料芯層在較高壓力下易變形。

鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)的制備方法，旨在提供一種工藝流程短、可設(shè)計(jì)性極強(qiáng)的制備方法。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)，其具有結(jié)合強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定性好、綜合性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的第三目的在于提供上述鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)在航空航天、國防軍工或汽車交通中的應(yīng)用。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

第一方面，本發(fā)明提供一種鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：將自下而上疊加的下層金屬面板、鋁基多孔復(fù)合原料和上層金屬面板進(jìn)行預(yù)壓成形得到待燒結(jié)坯體，將待燒結(jié)坯體進(jìn)行等離子熱壓燒結(jié)。

在可選的實(shí)施方式中，待燒結(jié)坯體的制備過程包括：將下層金屬面板、鋁基多孔復(fù)合原料和上層金屬面板依次裝入模具中，施加壓力進(jìn)行保壓；

優(yōu)選地，預(yù)壓成形的操作壓力為10-30MPa，保壓時(shí)間為5-10min；優(yōu)選地，在裝入鋁基多孔復(fù)合原料之后進(jìn)行一次預(yù)壓，再裝入上層金屬面板進(jìn)行預(yù)壓成形。

在可選的實(shí)施方式中，鋁基多孔復(fù)合原料包括鋁合金粉體和空心微球；

優(yōu)選地，鋁基多孔復(fù)合原料是將多層多孔芯層進(jìn)行逐層鋪設(shè)形成，每層多孔芯層均是由鋁合金粉體和空心微球混合而得，且相鄰的兩層多孔芯層中至少一個(gè)參數(shù)指標(biāo)不同；其中，參數(shù)指標(biāo)包括兩種原料的粒度、材質(zhì)和配比；

優(yōu)選地，多個(gè)多孔芯層呈梯度變化；

優(yōu)選地，多孔芯層的層數(shù)為2-5層。

在可選的實(shí)施方式中，每次鋪設(shè)一層多孔芯層均進(jìn)行一次預(yù)壓，每次預(yù)壓的操作壓力為10-30MPa，保壓時(shí)間為3-5min。

在可選的實(shí)施方式中，鋁合金粉體的粒度為100-1000目，空心微球的粒度為16-1000目；優(yōu)選地，參數(shù)指標(biāo)中的配比是指鋁合金粉體或空心微球的體積與復(fù)合材料總體積比例。

在可選的實(shí)施方式中，鋁合金粉體的材質(zhì)選自1xxx系鋁合金、2xxx系鋁合金、3xxx系鋁合金、4xxx系鋁合金、5xxx系鋁合金、6xxx系鋁合金和7xxx系鋁合金中的至少一種；優(yōu)選地，空心微球的材質(zhì)選自陶瓷類空心微球、玻璃類空心微球和熔點(diǎn)高于鋁合金粉體熔點(diǎn)的金屬類空心微球中的至少一種。

在可選的實(shí)施方式中，下層金屬面板和上層金屬面板的材質(zhì)選自鋁、鋼、鈦、鋁合金和鈦合金中的至少一種；優(yōu)選地，下層金屬面板和上層金屬面板在裝填之前進(jìn)行表面磨光處理；優(yōu)選地，當(dāng)下層金屬面板或上層金屬面板的材質(zhì)采用非鋁質(zhì)面板時(shí)，在非鋁質(zhì)面板和鋁基多孔復(fù)合原料之間設(shè)置鋁箔。

在可選的實(shí)施方式中，等離子熱壓燒結(jié)的過程中分為兩步進(jìn)行控溫，先升溫至400-460℃保溫3-5min，再升溫至500-600℃保溫3-10min，然后再進(jìn)行降溫；優(yōu)選地，升溫速率為80-100℃/min，在升溫和保溫過程中均施加壓力5-15MPa；優(yōu)選地，先以80-120℃/min的降溫速率降溫至100℃以下，再自然冷卻。

第二方面，本發(fā)明提供一種鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)，通過前述實(shí)施方式中任一項(xiàng)的制備方法制備而得。

第三方面，本發(fā)明提供前述實(shí)施方式的鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)在航空航天、國防軍工或汽車交通中的應(yīng)用。

本發(fā)明具有以下有益效果：采用下層金屬面板、鋁基多孔復(fù)合原料和上層金屬面板進(jìn)行依次疊加之后進(jìn)行預(yù)壓得到待燒結(jié)坯體，將待燒結(jié)坯體進(jìn)行等離子熱壓燒結(jié)，該制備方法在同一工序完成鋁基多孔芯層復(fù)合及其與金屬面板的界面冶金結(jié)合，工藝流程短，且能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)上、下金屬面板的冶金結(jié)合，得到的鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)界面結(jié)合強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，綜合性能優(yōu)良。

此外，本發(fā)明所提供的制備方法可設(shè)計(jì)性極強(qiáng)，鋁基多孔復(fù)合原料作為芯層可以通過鋁合金粉體和空心微球粒度的粒徑、材質(zhì)和配比的組合梯度設(shè)計(jì)，使多孔芯層形成功能梯變，可以應(yīng)不同的服役環(huán)境和性能需求進(jìn)行調(diào)控。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的工藝流程圖；

圖2為實(shí)施例1制備得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)鋁基多孔復(fù)合材料芯層與鋁面板的金相照片；

圖3為實(shí)施例1制備得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)鋁基多孔復(fù)合材料芯層與鋼面板的金相照片；

圖4為實(shí)施例1制備得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)鋁基多孔復(fù)合材料芯層與鋼面板的掃描電子顯微照片；

圖5為對(duì)比例1制備得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)鋁基多孔復(fù)合材料芯層與鋼面板的顯微組織照片；

圖6為鋁基多孔復(fù)合材料芯層與金屬面板間界面剪切強(qiáng)度測試試驗(yàn)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)的制備方法，請(qǐng)參照?qǐng)D1，包括以下步驟：

S1、鋁基多孔復(fù)合原料的制備

鋁基多孔復(fù)合原料是鋁合金粉體和空心微球進(jìn)行混合而得，具體組成根據(jù)預(yù)先的多孔芯層設(shè)計(jì)進(jìn)行選擇，該鋁基多孔復(fù)合原料在制備過程中作為多孔芯層進(jìn)行預(yù)壓和燒結(jié)，進(jìn)而形成夾芯結(jié)構(gòu)。

在實(shí)際操作過程中，鋁基多孔復(fù)合原料是將鋁合金粉體和空心微球在混料機(jī)上均勻混合4-12h。

需要說明的是，鋁基多孔復(fù)合原料的具體形態(tài)可控，可以將鋁合金粉體和空心微球的粒度、材質(zhì)和配比作為參考指標(biāo)，根據(jù)需要將特定粒徑和材質(zhì)的原料混合，在混合時(shí)控制兩種原料占總體積的比例。

具體地，參數(shù)指標(biāo)中的配比是指鋁合金粉體或空心微球的體積與復(fù)合材料總體積比例，如控制空心微球的體積占比為50％，則鋁合金粉體的體積占比也為50％。也就是說，復(fù)合材料的總體積是指混合之前兩種材料的總體積，兩種材料的體積占比之和為1。

在一些實(shí)施例中，鋁合金粉體的粒度為100-1000目，鋁合金粉體的材質(zhì)選自1xxx系鋁合金、2xxx系鋁合金、3xxx系鋁合金、4xxx系鋁合金、5xxx系鋁合金、6xxx系鋁合金和7xxx系鋁合金中的至少一種，1xxx系-7xxx系均可以用于制備鋁基多孔復(fù)合材料芯層。

在一些實(shí)施例中，空心微球的粒度為16-1000目，空心微球的材質(zhì)選自陶瓷類空心微球、玻璃類空心微球和熔點(diǎn)高于鋁合金粉體熔點(diǎn)的金屬類空心微球中的至少一種，以上幾種類型的空心微球均適合于和鋁合金粉體形成鋁基多孔復(fù)合材料芯層。

為形成梯度分布的多孔芯層結(jié)構(gòu)，可以制備多組鋁基多孔復(fù)合原料，在后續(xù)裝填時(shí)逐層鋪設(shè)即可。梯度分布是由參數(shù)指標(biāo)不同的多組多孔復(fù)合原料層疊獲得。在實(shí)際梯度設(shè)計(jì)時(shí)可以是以上指標(biāo)中的至少一個(gè)指標(biāo)不同，也可以是2個(gè)指標(biāo)甚至更多指標(biāo)不同，可以根據(jù)應(yīng)用的環(huán)境進(jìn)行針對(duì)性調(diào)控。

在一些實(shí)施例中，可以將多孔復(fù)合原料設(shè)計(jì)為以上參數(shù)指標(biāo)沿軸向呈漸變式梯度分布或周期排布的方式，實(shí)現(xiàn)多孔芯層的結(jié)構(gòu)與成分梯度調(diào)控。

S2、裝填與預(yù)壓

將自下而上疊加的下層金屬面板、鋁基多孔復(fù)合原料和上層金屬面板進(jìn)行預(yù)壓成形得到待燒結(jié)坯體。在實(shí)際操作過程中，待燒結(jié)坯體的制備過程包括：將下層金屬面板、鋁基多孔復(fù)合原料和上層金屬面板依次裝入模具中，施加壓力進(jìn)行保壓。模具的材質(zhì)不限，可以為常用的石墨模具。

進(jìn)一步地，下層金屬面板和上層金屬面板的材質(zhì)選自鋁、鋼、鈦、鋁合金和鈦合金中的至少一種；本發(fā)明中涉及的“上”“下”是相對(duì)的，在不同應(yīng)用環(huán)境中，對(duì)于“上”“下”的理解可以互換。

在優(yōu)選的實(shí)施例中，當(dāng)下層金屬面板或上層金屬面板的材質(zhì)采用非鋁質(zhì)面板時(shí)，在非鋁質(zhì)面板和鋁基多孔復(fù)合原料之間設(shè)置鋁箔。在裝填的金屬面板為非鋁質(zhì)金屬面板(是指鋼、鈦和鈦合金中的至少一種)時(shí)，于非鋁質(zhì)金屬面板與鋁基多孔復(fù)合原料之間內(nèi)置鋁箔，協(xié)助非鋁質(zhì)金屬面板與鋁基多孔復(fù)合材料芯層在后續(xù)燒結(jié)過程中實(shí)現(xiàn)鋁元素與非鋁元素間的互擴(kuò)散，從而使非鋁質(zhì)金屬面板與鋁基多孔復(fù)合材料芯層之間形成良好冶金結(jié)合界面。

需要說明的是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)采用等離子熱壓燒結(jié)的制備時(shí)間短，在燒結(jié)過程中鋁基多孔復(fù)合原料與非鋁質(zhì)金屬面板尚未能及時(shí)發(fā)生有效的原子擴(kuò)散形成冶金結(jié)合界面，此時(shí)，在鋁基多孔復(fù)合原料與非鋁質(zhì)金屬面板間內(nèi)置鋁箔有助于兩者間的冶金結(jié)合，鋁箔在燒結(jié)過程中易于與鋁基多孔復(fù)合原料和非鋁質(zhì)金屬面板同時(shí)進(jìn)行熔合，形成過渡界面，從而實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合。

在一些實(shí)施例中，為達(dá)到更好的結(jié)合效果，下層金屬面板和上層金屬面板在裝填之前進(jìn)行表面磨光處理。

進(jìn)一步地，預(yù)壓成形的操作壓力為10-30MPa，保壓時(shí)間為5-10min。通過預(yù)壓形成待燒結(jié)坯體，該燒結(jié)體致密度較高，經(jīng)過短時(shí)間的等離子熱壓燒結(jié)即可形成冶金結(jié)合界面。具體地，預(yù)壓的操作壓力可以為10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa等，也可以為以上相鄰兩個(gè)壓力之間的任意值；保壓時(shí)間可以根據(jù)加壓的壓力而定，可以為5min、6min、7min、8min、9min、10min等，或以上相鄰兩個(gè)時(shí)間之間的任意值。

對(duì)于多孔芯層為多層的情況，鋁基多孔復(fù)合原料是將多層多孔芯層進(jìn)行逐層鋪設(shè)形成，每層多孔芯層均是由鋁合金粉體和空心微球混合而得，且相鄰的兩層多孔芯層中至少一個(gè)參數(shù)指標(biāo)不同；其中，參數(shù)指標(biāo)包括兩種原料的粒度、材質(zhì)和配比，可以為1個(gè)參數(shù)指標(biāo)不同，也可以為2-3個(gè)參數(shù)指標(biāo)不同。

在一些實(shí)施例中，多個(gè)多孔芯層呈梯度變化，可以是粒徑、體積比等參數(shù)指標(biāo)呈梯度變化，可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。多孔芯層的層數(shù)可以為2-5層，如2層、3層、4層、5層。

在一些實(shí)施例中，對(duì)于多孔芯層為多層的情況，每次鋪設(shè)一層多孔芯層均進(jìn)行一次預(yù)壓，每次預(yù)壓的操作壓力為10-30MPa，保壓時(shí)間為3-5min。每鋪設(shè)一層多孔芯層進(jìn)行一次預(yù)壓，以保證每層復(fù)合原料的致密度，進(jìn)而提升最終產(chǎn)品的綜合性能。具體地，每次預(yù)壓的操作壓力可以為10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa等，也可以為以上相鄰兩個(gè)壓力之間的任意值；保壓時(shí)間可以根據(jù)加壓的壓力而定，可以為3min、4min、5min等，或以上相鄰兩個(gè)時(shí)間之間的任意值。

S3、燒結(jié)

將待燒結(jié)坯體進(jìn)行等離子熱壓燒結(jié)，該待燒結(jié)坯體是S2中預(yù)壓成形之后得到的。在實(shí)際操作過程中，燒結(jié)是將預(yù)壓成形之后的石墨模具直接進(jìn)行等離子熱壓燒結(jié)。

在一些實(shí)施例中，等離子熱壓燒結(jié)的過程中分為兩步進(jìn)行控溫，先升溫至400-460℃保溫3-5min，再升溫至500-600℃保溫3-10min，然后再進(jìn)行降溫。燒結(jié)為兩步控溫可以使制備得到的復(fù)合材料的復(fù)合效果更好，防止在升溫過程中出現(xiàn)復(fù)合原料噴出的現(xiàn)象的同時(shí)，保證復(fù)合原料與上下層金屬面板之間的元素?cái)U(kuò)散冶金結(jié)合。

具體地，第一階段控溫溫度可以為400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃，或以上相鄰兩個(gè)溫度之間的任意值；保溫時(shí)間可以根據(jù)控溫溫度而定，可以為3min、4min、5min，或以上相鄰兩個(gè)時(shí)間之間的任意值。第二階段控溫溫度可以為500℃，510℃，520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、600℃，或以上相鄰兩個(gè)溫度之間的任意值；保溫時(shí)間可以根據(jù)控溫溫度而定，可以為3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min、10min等，或以上相鄰兩個(gè)時(shí)間之間的任意值。

進(jìn)一步地，升溫階段，控制升溫速率為80-100℃/min，在升溫和保溫過程中均施加壓力5-15MPa。具體地，升溫速率可以為80℃/min、90℃/min、100℃/min等，施加的壓力可以為5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa，或以上相鄰兩個(gè)壓力之間的任意值。

進(jìn)一步地，在降溫階段，先以80-120℃/min的降溫速率降溫至100℃以下，再自然冷卻。降溫的速率可以為80℃/min、90℃/min、100℃/min、110℃/min、120℃/min等。

本發(fā)明實(shí)施例還提供一種鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)，通過上述制備方法制備而得。其中，鋁基多孔復(fù)合材料芯層與金屬面板實(shí)現(xiàn)一體化制備，界面結(jié)合強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，綜合性能優(yōu)良。

此外，鋁基多孔復(fù)合材料芯層可通過鋁合金粉體與空心微球粒度、材質(zhì)和配比的組合梯度進(jìn)行功能梯變調(diào)控，制備得到的鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)可在航空航天、國防軍工、汽車交通等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的特征和性能作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：

(1)鋁基多孔復(fù)合原料制備：按照空心微球體積分?jǐn)?shù)為50％，稱取目粒度為150-400目的玻璃空心微球和目粒度為150-400目的1100鋁粉，放入混料機(jī)中混合4h。

(2)預(yù)壓成形：將厚度為5mm的鋼板和1100鋁板用磨床進(jìn)行表面磨光處理。將表面處理后的1100鋁板、步驟(1)的鋁基多孔復(fù)合原料、鋼板沿石墨模具軸向由下到上依次逐層鋪陳，裝入鋁基多孔復(fù)合原料后即加壓20MPa，保壓5min，隨后在鋁基多孔復(fù)合原料上置入一鋁箔后裝入鋼板形成整體復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)，對(duì)整體復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)施壓30MPa，保壓5min得到復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)坯體。

(3)等離子熱壓燒結(jié)：將裝有復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)坯體的石墨模具置于爐腔中，真空度為80Pa，以80℃/min從室溫升溫至400℃，保溫5min，再升溫至600℃，保溫3min，加熱與保溫過程中施加5MPa壓力，隨后以80℃/min降溫至100℃，取出在空氣中自然冷卻。

本實(shí)施例制得了上下面板分別為鋼、鋁的鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)，鋁基多孔復(fù)合材料芯層空心微球體積分?jǐn)?shù)實(shí)際為47.5％。

圖2為本實(shí)施例鋁基多孔復(fù)合材料芯層與鋁面板的金相照片，A區(qū)域?yàn)殇X基多孔復(fù)合材料芯層，B區(qū)域?yàn)殇X面板，可觀察到，鋁基多孔復(fù)合材料芯層與鋁面板間實(shí)現(xiàn)良好熔合，無明顯界面層；

圖3為本實(shí)施例鋁基多孔復(fù)合材料芯層與鋼面板的金相照片，C區(qū)域?yàn)殇撁姘?，A區(qū)域?yàn)殇X基多孔復(fù)合材料芯層，鋁箔的添加使鋁基多孔復(fù)合材料芯層與鋼面板實(shí)現(xiàn)良好冶金結(jié)合。

圖4為鋁基多孔復(fù)合材料芯層與鋼面板的掃描電子顯微照片，可觀察到鋁基多孔復(fù)合材料芯層與鋼面板間形成元素?cái)U(kuò)散的過渡界面。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：

(1)鋁基多孔復(fù)合原料制備：按照空心微球體積分?jǐn)?shù)為30％、50％形成兩組原料，每組原料的制備均是稱取對(duì)應(yīng)體積、目粒度為60-150目的Al 2O 3陶瓷空心微球，與200-400目1100鋁粉混合，分別放入混料機(jī)中混合12h。

(2)預(yù)壓成形：將厚度為8mm的TC4鈦板和1100鋁板用磨床進(jìn)行表面磨光處理。將表面處理后的1100鋁板、步驟(1)的鋁基多孔復(fù)合原料、TC4鈦板沿石墨模具軸向由下到上依次逐層鋪陳，鋁基多孔復(fù)合原料由下到上的空心微球體積分?jǐn)?shù)為50％、30％，每裝入一組鋁基多孔復(fù)合原料后即加壓10MPa，保壓5min，隨后在鋁基多孔復(fù)合原料上置入一鋁箔后裝入TC4鈦板形成整體復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)，對(duì)整體復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)施壓10MPa，保壓10min。

(3)等離子熱壓燒結(jié)：將裝有復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)坯體的石墨模具置于爐腔中，真空度為60Pa，以100℃/min從室溫升溫至460℃，保溫3min，再升溫至550℃，保溫6min，加熱與保溫過程中施加10MPa壓力，隨后以120℃/min降溫至100℃取出在空氣中自然冷卻。

本實(shí)施例制得了上下面板分別為鈦、鋁的鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)，鋁基多孔復(fù)合材料芯層空心微球體積分?jǐn)?shù)呈雙層梯度變化，由下到上空心微球體積分?jǐn)?shù)實(shí)際為46.8％和28.1％；鋁基多孔復(fù)合材料芯層分別與上下鈦、鋁金屬面板形成良好冶金結(jié)合界面。

實(shí)施例3

本實(shí)施例提供一種鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：

(1)鋁基多孔復(fù)合原料制備：按照空心微球體積分?jǐn)?shù)為50％，稱取目粒度為16-30目的鐵質(zhì)空心微球，分別與200-400目2024鋁粉和7075鋁粉混合，將每組原料分別放入混料機(jī)中混合6h。即，制備空心微球體積分?jǐn)?shù)為50％的兩組原料，兩組原料中鋁粉的材質(zhì)不同。

(2)預(yù)壓成形：將厚度為10mm的鋼板和2024鋁板用磨床進(jìn)行表面磨光處理。將表面處理后的2024鋁板、步驟(1)的鋁基多孔復(fù)合原料、鋼板沿石墨模具軸向由下到上依次逐層鋪陳，按鋁基多孔復(fù)合原料由下到上的鋁合金粉體成分為2024鋁粉和7075鋁粉，每裝入一組鋁基多孔復(fù)合原料后即加壓20MPa，保壓4min，隨后在鋁基多孔復(fù)合原料上置入一鋁箔后裝入鋼板形成整體復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)，對(duì)整體復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)施壓20MPa，保壓8min。

(3)等離子熱壓燒結(jié)：將裝有復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)坯體的石墨模具置于爐腔中，真空度為60Pa，以100℃/min從室溫升溫至460℃，保溫3min，再升溫至550℃，保溫6min，加熱與保溫過程中施加15MPa壓力，隨后以120℃/min降溫至100℃取出在空氣中自然冷卻。

本實(shí)施例制得了上下面板分別為鋼、鋁的鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)，鋁基多孔復(fù)合材料芯層鋁合金基體成分呈雙層梯度變化，由下到上成分為2024鋁合金和7075鋁合金成分，整體芯層的空心微球體積分?jǐn)?shù)實(shí)際為47.5％；鋁基多孔復(fù)合材料芯層分別與上下鋼、鋁金屬面板形成良好冶金結(jié)合界面。

實(shí)施例4

本實(shí)施例提供一種鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：

(1)鋁基多孔復(fù)合原料制備：按照空心微球體積分?jǐn)?shù)為30％、50％、70％，稱取目粒度為150-400目和500-1000目的玻璃空心微球，分別與目粒度為800-1000目的1100鋁粉、5083鋁粉和7075鋁粉混合。將每組原料分別放入混料機(jī)中混合8h。

具體配料為：控制空心微球體積分?jǐn)?shù)為30％與7075鋁粉混合，控制空心微球體積分?jǐn)?shù)為50％與5083鋁粉混合，控制空心微球體積分?jǐn)?shù)為70％與1100鋁粉混合，其中，空心微球體積分?jǐn)?shù)為30％的復(fù)合原料中，150-400目和500-1000目的體積分?jǐn)?shù)比為2:1；空心微球體積分?jǐn)?shù)為50％的復(fù)合原料中，150-400目和500-1000目的體積分?jǐn)?shù)比為1:1；空心微球體積分?jǐn)?shù)為70％的復(fù)合原料中，150-400目和500-1000目的體積分?jǐn)?shù)比為1:2。

(2)預(yù)壓成形：將厚度為10mm的TC4鈦板和2024鋁板用磨床進(jìn)行表面磨光處理。將表面處理后的2024鋁板、步驟(1)的鋁基多孔復(fù)合原料、鈦板沿石墨模具軸向由下到上依次逐層鋪陳，按鋁基多孔復(fù)合原料由下到上的空心微球體積分?jǐn)?shù)為70％、50％、30％，每裝入一組鋁基多孔復(fù)合原料后即加壓15MPa，保壓5min，隨后在鋁基多孔復(fù)合原料上置入一鋁箔后裝入鈦板形成整體復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)，對(duì)整體復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)施壓15MPa，保壓10min。

(3)等離子熱壓燒結(jié)：將裝有復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)坯體的石墨模具置于爐腔中，真空度為50Pa，以90℃/min從室溫升溫至430℃，保溫5min，再升溫至560℃，保溫8min，加熱與保溫過程中施加15MPa壓力，隨后以100℃/min降溫至100℃取出在空氣中自然冷卻。

本實(shí)施例制得了上下面板分別為鈦、鋁的鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)，鋁基多孔復(fù)合材料芯層為空心微球體積分?jǐn)?shù)和鋁合金基體成分協(xié)同梯度變化，由下到上鋁合金基體成分為1100鋁合金、5083鋁合金和7075鋁合金，空心微球由下到上體積分?jǐn)?shù)實(shí)際為68.7％、46.9％和25.6％；鋁基多孔復(fù)合材料芯層分別與上下鈦、鋁金屬面板形成良好冶金結(jié)合界面。

對(duì)比例1

本對(duì)比例提供一種鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)的制備方法，與實(shí)施例1不同之處僅在于：鋁基多孔復(fù)合原料與鋼板間未添加鋁箔。

結(jié)果顯示，制備得到的鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)鋼面板極易脫落，如圖5所示，鋁基多孔復(fù)合芯層與鋼面板未形成冶金結(jié)合界面，存在明顯間隙缺陷。

對(duì)比例2

本對(duì)比例提供一種鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)的制備方法，與實(shí)施例1不同之處僅在于：等離子熱壓燒結(jié)替換為真空熱壓處理，具體步驟為將裝有坯體石墨模具放入爐腔中，真空度為80Pa，以5℃/min從室溫升溫至450℃，保溫10min，再升溫至550℃，保溫120min，加熱與保溫過程中施加5MPa壓力，隨后隨爐冷卻至100℃取出在空氣中自然冷卻。過程中在550℃保溫時(shí)間過長，使鋁板發(fā)生嚴(yán)重重熔現(xiàn)象，存在明顯變形和氣孔等缺陷。

對(duì)比例3

本對(duì)比例提供一種鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)的制備方法，與實(shí)施例1不同之處僅在于：等離子熱壓燒結(jié)的過程不同，具體如下：將裝有復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)坯體的石墨模具置于爐腔中，真空度為80Pa，以80℃/min從室溫升溫至400℃，保溫5min，再升溫至490℃，保溫10min，加熱與保溫過程中施加5MPa壓力，隨后以80℃/min降溫至100℃取出在空氣中自然冷卻。獲得的多孔芯層復(fù)合效果不佳，空心微球與鋁粉未實(shí)現(xiàn)熔合，與金屬面板易脫落。

對(duì)比例4

本對(duì)比例提供一種鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)的制備方法，其采用申請(qǐng)?zhí)枮?01910350186.6中的制備方法制備而得。

試驗(yàn)例1

測試實(shí)施例1-4和對(duì)比例1-4中制備得到復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)芯層與金屬面板的界面剪切強(qiáng)度，測試方法如圖6所示，界面剪切強(qiáng)度＝復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)芯層與金屬面板的界面開裂時(shí)最大加載力/復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)芯層與金屬面板接觸接觸面積，結(jié)果見表1。

表1界面剪切強(qiáng)度測試結(jié)果

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

鋁基多孔復(fù)合夾芯結(jié)構(gòu)及其制備方法和應(yīng)用.pdf