[发明专利]沸石球复合金属多孔材料

说明书

技术领域：

本发明涉及一种沸石球复合金属多孔材料，尤其涉及一种铝合金的复合型多孔金属材料及其获取方法。

背景技术：

多孔金属(金属多孔材料)具有很多优秀的功能属性和结构属性，可应用的领域十分广泛([1]刘培生.多孔材料引论，第二版[M].北京：清华大学出版社，2013.)。目前研究较多的有泡沫铝、泡沫镍、泡沫铜等金属多孔材料，但这些多孔金属制品本身的强度并不高。为了解决泡沫铝等多孔金属制品的使用强度问题，研究者们的研究工作主要集中在以多孔金属为芯体的夹合结构上。这是一类将多孔金属置于中间位置而在多孔金属外围裹覆致密金属壳面的结构，有板状夹层结构即多孔金属三明治结构以及柱状夹芯结构两种具体形式，后者一般为圆柱状制品([2]Ashby M F，et al[著]；刘培生，王习术，李言祥[译].泡沫金属设计指南[M].北京：冶金工业出版社，2006.)，其中研究较多的就是泡沫铝夹层结构材料([3]Beck T，Lohe D，Baumgartner F.The fatigue behavior of an aluminium foam sandwich beam under alternating bending[J].Advanced Engineering Materials，2002，4(10)：787-790；[4]Mohan K，Hon Y T，Idapalapati S，Seow H P.Failure of sandwich beams consisting of alumina face sheet and aluminum foam core in bending[J].Materials Science and Engineering A，2005，409(1-2)：292-301；[5]Sha J B，Yip T H，Sun J.Responses of damage and energy of sandwich and multilayer beams composed of metallic face sheets and aluminum foam core under bending loading [J].Metallurgical and Materials Transactions A，2006，37(8)：2419-2433；[6]张明华，谌河水，赵恒义.泡沫铝芯体夹层板压缩力学性能的试验研究[J].轻金属材料，2008，2：55-58.)。

通过夹芯复合的形式，可以在一定程度上弥补单一泡沫铝强度较低的不足，因而使得泡沫铝制品可以应用到汽车制造、船舶制造、航空航天、高层建筑、交通运输等领域。三明治结构等夹芯复合形式，是多孔金属的外部复合形式，增强体为外部的致密金属壳面。对于泡沫铝夹芯结构来说，其中多孔金属芯部与外围致密金属壳面的结合主要可采用胶粘法、焊接法、发泡法、轧制法等技术。本发明则是材料内部的复合，即对应的多孔制品是增强体为金属连续相内部包含的含孔沸石球，因此一旦获得这种多孔材料，就是获得一种复合材料。其中含孔沸石球是以天然沸石粉末为主要原料来制备得到的，这里考虑了天然沸石粉末是来源广泛、易于加工、无毒无害的环境友好型原材料，而且沸石粉末自身内部就包含有许许多多的细微孔隙。采用粉末冶金烧结工艺，制备出了含孔沸石球为增强体的金属铝复合材料，其中的显现孔隙即是含孔沸石球中的孔隙。

对于本专利提出的复合型多孔金属材料制品和采用的制备工艺方法，其中的金属种类可以是铝及铝合金、铜合金、铁合金及钛合金等。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种以含孔沸石球为增强体的多孔金属复合材料，特别是一种以泡沫沸石球为增强体的多孔铝合金复合材料。制备方法采用粉末冶金烧结工艺，选用天然沸石为主要原料自制的低密度泡沫沸石球(参见图1)为增强体，金属粉末选用牌号为6061的铝合金粉。

本发明中以泡沫沸石球为增强体的多孔铝合金复合材料，其内部呈沸石相多孔区在金属相致密区的均匀镶嵌结构(参见图2)，其特征在于：复合体所包含的孔隙由泡沫沸石球中所包含的孔隙构成，孔隙分区域出现，每个多孔区域的尺度即是泡沫沸石球的尺度，其中的宏观孔隙呈球形，孔径在1mm左右。

对比例中以中空沸石球为增强体的多孔铝合金复合材料，其内部呈较大球形孔隙分布于金属相中的近均匀多孔结构(参见图3)，本对比样品的孔径在6mm左右。除其中由沸石材质包裹球形孔隙外，整体上呈一般的闭孔型多孔材料的结构特征。