[发明专利]一种具有梯度界面的纳米泡沫铝复合夹心板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于泡沫铝夹心板材料技术领域，具体涉及一种具有梯度界面的纳米泡沫铝复合夹心板及其制备方法。

背景技术

泡沫铝夹心板是由固体框架或平面交错结构形成许许多多胞状气孔的金属材料，泡沫铝夹心板的芯层为泡沫铝或者泡沫铝合金，面板为金属面板，其中泡孔结构分成闭孔和开孔两种形式，其中开孔结构是指内部泡孔相互连接，每个泡孔不是封闭的，闭口结构是指内部的泡孔相互独立，每个泡孔都是封闭的。因此，泡沫铝夹心板具有良好的能量吸收特性、抗冲击性、高比强度、电磁屏蔽、吸声性能、高阻尼性、低热导率和电导率等，在电子、通讯、化工、冶金、机械、建筑、交通运输业、航空航天技术、军事防护等领域具有广阔应用前景，但是泡沫铝夹心板在受力时易发生面层剥离现象，而且强度偏低，限制了应用领域。

中国专利CN 103935080B公开的聚合物/泡沫铝一体型复合夹心板，该夹心板中间为泡沫铝芯层，上下两面为聚合物/泡沫铝复合层，上下表层为纯聚合物保护面层，是将开孔的泡沫铝板的两头分别浸渍于聚合物流体中固化形成，该方法制备的复合夹心板中取代了金属面层，利用聚合物将面层和芯体成为一个整体，没有明显界面，整体性好，但是机械强度与金属面层相比下降，承受能力降低。中国专利CN 103924112B公开的一种纳米凹凸棒土泡沫铝复合材料，将铝粉、氧化铝粉、发泡剂充分混合后，再与纳米凹凸棒土混合，干燥成型，高温烧结得到产品。该产品通过纳米凹凸棒土具有的特殊孔洞结构，提高泡沫铝材料的增强和增韧性能，进而提高泡沫铝材料的力学性能和耐久性能。由上述现有技术可知，现有的泡沫铝夹心板都均在明显的界面，界面两侧结构与成分不连续，当施加机械载荷时界面应力不均匀或应力集中，容易造成界面脱粘或者界面附近泡沫铝的剪切和撕裂破坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有梯度界面的纳米泡沫铝复合夹心板及其制备方法，该具有梯度界面的纳米泡沫铝复合夹心板包括上下金属面层、上下中层和芯层，芯层为具有梯度界面的泡沫铝夹心层，上下中层为纳米材料泡沫铝复合层，上下金属面层为铝、铝合金、钢、钛和钛合金中的一种，本发明制备的纳米泡沫铝材料中不存在清晰界面，而是梯度界面区域，该界面区域内成分和结构连续过渡，且通过纳米二氧化钛纳米纤维、碳纳米管和微米颗粒状SiC纳米材料增强泡沫铝夹心板的机械强度，因此本发明制备的泡沫铝夹心板机械强度大，使用寿命高，不易分层，且制备方法简单，尺寸可控性高。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种具有梯度界面的纳米泡沫铝复合夹心板，所述具有梯度界面的纳米泡沫铝复合夹心板包括上下金属面层、上下中层和芯层，所述芯层为具有梯度界面的泡沫铝夹心层，所述上下中层为纳米材料泡沫铝复合层，所述上下金属面层为铝、铝合金、钢、钛和钛合金中的一种，所述上下金属面层与上下中层、芯层之间不存在清晰界面，而是梯度界面区域，该界面区域内成分和结构连续过渡，所述纳米材料为纳米二氧化钛纳米纤维、碳纳米管和微米颗粒状SiC。

作为上述技术方案的优选，所述上下中层中纳米材料与泡沫铝的质量比为1:30-50，所述纳米二氧化钛纳米纤维、碳纳米管和微米颗粒状SiC的质量比为1:1:1。

作为上述技术方案的优选，所述具有梯度界面的纳米泡沫铝复合夹心板的厚度为10.6-92mm，所述芯层的厚度为9-80mm。

本发明还提供了一种具有梯度界面的纳米泡沫铝复合夹心板的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铝粉或者铝合金粉与发泡剂氢化钛粉再混料机上混合制成混合粉末，混料时长为8-24h；

(2)将混合粉末中加入纳米二氧化钛纳米纤维、碳纳米管和微米颗粒状SiC的纳米材料，球磨1-3h，得到中间层粉末；

(3)根据泡沫铝夹心板的成分设计和结构设计，按照下述公式分别计算面板、泡沫铝芯层分别占据夹心板的质量分数：

m面％＝D面×ρ面/(D面×ρ面+D中×ρ中+D芯×ρ芯)

m中％＝D中×ρ中/(D面×ρ面+D中×ρ中+D芯×ρ芯)

m芯％＝D芯×ρ芯/(D面×ρ面+D中×ρ中+D芯×ρ芯)

其中m％、D和ρ分别为质量分数、厚度和密度，“面”、“中”和“芯”分别代表面板、中间层和芯层；按照计算的质量分数分别称取相应重量的面板合金粉末、中间层粉末和芯层的混合粉末；