[发明专利]一种泡沫铝与陶瓷复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种泡沫铝与陶瓷复合材料及其制备方法，具体通过液相等离子电沉积法制备出一种具有低密度、高强度和高压缩性的泡沫铝与陶瓷复合材料，属于泡沫金属材料领域。

背景技术：

20世纪90年代初期，泡沫金属材料是在金属或金属合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，实际上是金属或金属合金与气体的复合材料，正是由于这种特殊的结构，使之既有金属的特性又有气泡特性，泡沫金属材料一般有如下特点：①孔径大多孔泡沫金属材料与粉末冶金多孔材料相比，孔径较大，贯通孔多。泡沫金属材料的孔径一般在0.1～10mm之间；②孔隙率高，多孔泡沫金属材料的孔隙率随其种类不同而不同，在40％～98％的范围内变化；③密度低随孔隙率的提高，泡沫金属材料的密度降低，一般为同体积金属的3/5～1/50不等。例如：孔隙率63％的泡沫铝，其密度可达1g/cm³以下，能够浮于水面上。因此，作为一种新型功能材料，它在电子、通讯、化工、冶金、机械、建筑、交通运输业中，甚至在航空航天技术中有着广泛的用途。泡沫金属材料正在随着人们对其的认识和研究的深入而快速发展。

液相等离子体电沉积技术是一种新兴的表面处理方法，开始于二十世纪七十年代Markov对火花放电条件下铝阳极沉积氧化物的研究。后来，Snezhko、Kurze、Duradzhy等进一步研究了多种金属表面放电形成氧化层的可能性，并实现了初步工业化。

液相等离子体电沉积是在传统的液相电化学氧化反应的基础上发展起来的，它包括等离子体氧化(又称微弧氧化、阳极火花沉积)和等离子体渗透两种模式。它是将Fe、Al、Ti、Mg等金属及其合金置于电解质溶液或有机溶液中，在强电场作用下，溶液中气体电离，金属表面氧化，产生等离子体，发生微区弧光放电，引发等离子体化学、电化学、热化学、扩散反应、高温相变等一系列复杂反应，在金属表面原位生成氧(碳、氮)化物。它突破了传统的法拉第区域进行阳极氧化的框架，使金属表面处在微弧形成的等离子体高温高压作用下，从而创造了一个特殊的界面物理化学反应环境，因此所得膜性能优异。

然而还未有成功应用液相等离子电沉积技术制备泡沫金属复合材料的相关报道。

发明内容：

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种泡沫铝与陶瓷复合材料，该复合材料在保持原有泡沫金属的性能同时，增强了泡沫金属的综合力学性能；目的之二在于提供一种泡沫铝与陶瓷复合材料的制备方法，该方法通过严格控制制备工艺，制备一种泡沫铝与陶瓷复合材料。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种泡沫铝与陶瓷复合材料，所述复合材料基体为泡沫铝，其通孔孔隙率为50～80％，平均孔径为1.0～2.0mm；表面沉积物为Al₂O₃，泡沫铝为铝硅合金，以该复合材料整体的质量为100％计，Al元素的质量分数为50～65％，氧元素的质量分数为25～35％，硅元素质量分数为7～15％，杂质碳元素质量分数为0～5％。

一种所述泡沫铝与陶瓷复合材料的制备方法，所述方法具体步骤如下：

配置浓度为300～500g/L的硝酸铝溶液作为电解液，以惰性电极作阳极与直流电源正极相连，将洁净的泡沫铝作阴极与直流电源负极相连，并用绝缘材料包裹住导线与泡沫铝的连接处，打开直流电源，调节电压观察到起弧现象后，将电压调节到130～170V，保持此电压沉积120～180s，关闭电源将样品从溶液中取出，清洗表面，得到一种泡沫铝与陶瓷复合材料。

优选的，所述惰性电极为石墨电极。

优选的，将泡沫铝依次在丙酮和乙醇中超声清洗5～10分钟得到洁净的泡沫铝。

优选的，所述绝缘材料为生料带。

有益效果

(1)本发明通过液相等离子电沉积法制备该复合材料，陶瓷Al₂O₃颗粒可以在电沉积过程中均匀的填充泡沫金属的空隙，且在一般冲击条件下，该陶瓷Al₂O₃不会发生脱落，使得该复合材料的在整体上性能一致，可实现大尺寸块体泡沫金属的生产。

(2)本发明所设计的制备装置较为简单，采用液相等离子电沉积法制备该复合材料，样品制备周期短，效率高，在成功探索出工艺参数的前提下，可实现大规模生产。