[发明专利]轻量化夹心结构的复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种轻量化夹心结构的复合材料及其制备方法，所述夹心结构由夹心层和设置在所述夹心层外部的外层组成，其中：所述夹心层为金属粉和空心陶瓷颗粒的混合粉；所述外层为金属粉。本发明的技术方案采用简洁方便的粉末冶金法制备轻量化夹心结构的复合材料，工序少，可大幅度降低生产成本。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料领域，特别涉及轻量化夹心结构的复合材料及其制备方法。

背景技术

随着航空、航海的发展，需要对船舶和飞行器等进行轻量化设计，减轻连续震动或波动的影响。因此，要求船舶和飞行器使用具有较高的抗冲击性及吸能性的材料。其中，利用陶瓷空心微球开发金属基泡沫复合材料是一个重要的发展方向。陶瓷空心微球具有较大的球径/壁厚比、低密度、高比强度和大比表面积等特点。在冲击作用下空心微球可以在产生不可恢复变形的同时，还能提供一定的安全防护空间，具有很好的承载性能和能量吸收能力。因此，利用陶瓷空心微球制备金属泡沫复合材料，可继承空心微球的大量孔洞，使复合材料具有低密度、高刚度-重量比和高强度-重量比的特点。

目前，金属基泡沫复合材料存在一个亟待解决的问题——强度偏低。严重制约了其作为结构件的广泛应用。所以，需要研究提高此类复合材料的强度方法，开发轻质、高强的金属泡沫复合材料。为提高金属泡沫材料的机械性能，有必要提供一种轻量化夹心结构的复合材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻量化夹心结构的复合材料及其制备方法，该复合材料能够克服现有技术的不足，具有密度低、高模量、高强高韧、吸能吸声等特性。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

如图1至图2所示，根据本发明的实施例，提供了一种轻量化夹心结构的复合材料，夹心结构由夹心层和设置在夹心层外部的外层组成，其中：夹心层为金属粉和空心陶瓷颗粒的混合粉；外层为金属粉；优选地，用于夹心层的金属粉的粒径为40-90μm；用于外层的金属粉的粒径为30-70μm。

用于外层的金属粉的粒径为30-70μm，用于夹心层的金属粉的粒径为40-90μm，有利于提高外层的强韧性和刚度，而且夹心层的材料可以承受较大变形且吸收较多能量。

利用金属粉和空心陶瓷颗粒的混合粉作为夹心层，能够使夹心层存在大量孔洞，压力条件下，空心陶瓷颗粒成为应力的承载元素，可以非常好的吸收能量，此外，由于空心陶瓷颗粒在受压条件下是渐进破碎的，所以能够有较大的应变，使夹心层能够承受较大变形且吸收较多能量，外层能够提高该复合材料的强韧性和刚度，进而提高该复合材料的机械性能。

在由金属粉和空心陶瓷颗粒形成的夹心层的外层放入刚韧性材料(金属粉)，做成“夹心”复合材料，如图1和图2所示，夹心层的材料为金属泡沫材料(金属粉和空心陶瓷颗粒)，上下两层或者周外层为刚韧性材料。上下两层或者周外层的表层材料可以提高材料的强韧性、刚度，夹心层的材料可以承受较大变形且吸收较多能量，此种材料在车辆防撞及爆炸装甲中具有很好的应用前景。

进一步地，空心陶瓷颗粒为Al₂O₃、SiC_HS、B₄C之中的一种或者任意二种或者三者的混合物。SiC_HS为空心碳化硅(SiC hollow sphere)。

进一步地，金属粉为镁合金粉、铝合金粉、钛合金粉之中的一种或者镁合金粉与铝合金粉的混合物。

进一步地，将混合粉的总体积分数计为100％，其中金属粉的体积分数为40％～80％(比如42％、45％、50％、55％、60％、62％、65％、70％，73％，76％，78％)，空心陶瓷颗粒的体积分数为20％～60％(比如22％、24％、27％、30％、35％、38％、40％、45％、50％、55％、58％)。