[发明专利]一种层状复合材料制备方法

说明书

本发明涉及一种层状复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1、对块状的基体进行表面处理，使其表面形成密集的具有特定形貌的微细孔洞；步骤2、使金属层与所述基体层状复合。本发明的工艺简单、成本低廉、结合可靠，应用广泛，可以制备多种使用传统的层状复合工艺难以制备的金属与金属或金属与陶瓷层状复合材料，而且可以直接制备出符合设计要求规格、形状和结构的金属层状复合材料零件。

技术领域

本发明属于复合材料制备方法领域，特别是是异种金属材料层之间或金属材料层与陶瓷材料层的结合。

背景技术

将物理性质和化学性质不同的异种金属材料或金属与陶瓷材料，复合成层状复合材料，既可保留每种材料层各自的性能特色，又能通过复合效应获得一些新的性能，并且可以通过对复合材料结构和组成的设计、加工工艺的选择，开发出具有特定性能的复合材料，从而满足不同应用的需要。

目前制备金属与金属－金属层状复合材料的方法有固－固相复合法、液－固相复合法和液－液相复合法，这些制备方法存在以下几个缺点：

固－固相复合需要对金属材料施加很大的压力，产生很大的变形量才能形成良好的结合，因此设备负荷很大，能耗很高，复合加工造成的加工硬化会影响金属层状复合材料的后续加工，而要消除这种加工硬化，一般需要在较高的退火温度下长时间保温(数十分钟至数十小时)，此过程中，金属组织和晶粒尺寸的变化、结合面附近金属间化合物的生成，很多情况下会使结合性能下降；

用传统液－固相复合法制备金属层状复合材料，金属间的复合依赖金属原子在结合面附近的相互扩散形成的冶金结合，结合面附近难以避免会生成金属间化合物；另外，由于不同金属熔点的差异，要控制复合过程中不产生过热区，不使晶粒组织发生不利的变化，工艺难度很大；

由于异种金属材料的熔点差异、表面氧化层的存在等原因，一些金属之间的难以形成良好的冶金结合；

液－液相复合制备金属层状复合材料工艺复杂，技术尚未成熟。

目前制备金属－陶瓷层状复合材料的方法主要为将熔融金属浸渗到多孔的陶瓷材料中，冷却凝固后，陶瓷材料的孔洞壁和孔中渗入的金属形成的机械互锁将金属层和陶瓷层结合在一起。这个方法存在两方面的缺点，一是为了保证结合强度，需要提高陶瓷材料的孔洞率，这会导致陶瓷材料的物理机械性能下降，另一方面，由于没有对陶瓷表面的孔洞形貌、密度和孔洞大小进行设计和控制，因而形成的金属－陶瓷复合材料的结合效果受到限制。

发明内容

本发明开发一种工艺简单、应用范围广泛、能使异种金属层间或金属层与陶瓷层间形成良好结合的层状复合材料制备方法，是通过如下技术方案实现的。

一种层状复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、对块状第一基体进行表面处理，使其表面形成密集的具有特定形貌的微细孔洞；

步骤2、使第二金属层与所述第一基体层状复合；

其中：所述第一基体为金属材料或陶瓷材料中的一种；

所形成的微细孔洞形貌特征是微细孔洞内局部区域的截面尺寸大于孔口尺寸，所形成的孔洞尺寸为20纳米～2000微米，孔洞密度，即孔洞面积占第一基体材料的表面总面积的比例为5％～75％。

进一步的，所述第一基体的材料是金属时，表面处理采用化学腐蚀、化学或物理沉积多孔膜、阳极氧化、通过电火花、激光、等离子或机械打孔的方法形成微细孔洞，对于陶瓷材料和粉末冶金材料，还可以采用在陶瓷坯体成型时在其表面嵌入粒径为20纳米～2000微米的颗粒，在成型或烧结后再将这些颗粒溶解掉、分解掉或挥发掉的方法形成微细孔洞。

所述颗粒物质包括无机物单质、合金、无机化合物或有机聚合物，也包括天然的矿物。