[发明专利]一种不连续层状结构复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种不连续层状结构复合材料及其制备方法，包括多个结构单元，结构单元包括基体层、复合材料层1、复合材料层2，基体层上设置复合材料层1，复合材料层1上设置复合材料层2，复合材料层1为复合材料1与基体材料的组合层，复合材料1在基体材料上形成多个H形、多个N形或蜂窝形，复合材料层2为复合材料2与基体材料的组合层，复合材料2在基体材料上形成多个H形、多个N形或蜂窝形，制备过程包括备料、喷射沉积、锻打、热处理；本发明的复合材料具有高强韧性及良好的耐磨性，有望应用于飞机、汽车、防弹机甲等领域。

技术领域

本发明涉及一种不连续层状结构复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料(PMMC)，由于陶瓷颗粒的高比强度、比刚度结合基体良好的塑韧性，可以应用于矿山、汽车等耐磨领域，但均质PMMC存在的一个缺点是当颗粒体积分数在5~40%范围综合力学性能较好，当颗粒体积分数达到40~80%时复合材料韧性急剧下降。因此结构复合材料孕育而生，目前比较热门的是网络结构复合材料，通过控制网络结构的形状、体积分数来调控复合材料的力学性能，获得高强塑韧性。制备方法各有异同，目前应用最广的是预制体挂浆成型技术，但该方法内部形状难以精确控制，制备效率低。除了以上叠层复合材料也受到了科学家们的青睐，因为该材料多界面结构能有效阻碍位错运动，韧性基体有止裂和使裂纹偏转的能力，进而大幅度提升材料的屈服强度。

专利CN101148759A公开了一种具有层状梯度变化的二元金属基复合材料的制备方法，该复合材料需要准备不同粒度的球形颗粒，成本高，颗粒之间的间隙对沉积影响较大，不具备制备多层复合材料的可行性。

发明内容

针对现有技术存在的问题和不足，本发明提供一种不连续层状结构复合材料，包括多个结构单元，所述结构单元包括基体层、复合材料层1、复合材料层2，基体层上设置复合材料层1，复合材料层1上设置复合材料层2，复合材料层1为复合材料1与基体材料的组合层，复合材料1在基体材料上形成多个H形、多个N形或蜂窝形，复合材料层2为复合材料2与基体材料的组合层，复合材料2在基体材料上形成多个H形、多个N形或蜂窝形。

所述复合材料层2上的H形、N形或蜂窝形与复合材料层1上的H形、N形或蜂窝形错位排列，所述错位排列是复合材料层2上的H形平行的竖线与复合材料层1上H形中间的横杠对应；复合材料层2上的N形平行的竖线与复合材料层1上N形中间的斜杠对应；复合材料层2上的蜂窝形与复合材料层1上蜂窝形错开。

所述的H形、N形或蜂窝形壁宽6~10mm。

所述基体层的基体材料和复合材料层1、复合材料层2中的基体材料为40Cr、Al合金或Ti合金，所述Al合金为Al-Cu-Mg（如2A06）、Al-Mg-Si（如6063）、Al-Zn-Mg（如7003）等，Ti合金为TC4、Ti-2Al-2.5Zr、Ti1023等。

所述复合材料层1中的复合材料1为陶瓷颗粒与金属颗粒按照质量比1~3：1混合而成，陶瓷颗粒为Al₂O₃颗粒、BN颗粒、Cr₃C₂颗粒、ZrO₂颗粒中的一种或多种任意比例混合，金属颗粒为Ti颗粒、Cr颗粒、Ni颗粒或Co颗粒，陶瓷颗粒的粒径为1000~1250目，金属颗粒的粒径为200~400目。

所述复合材料层2中的复合材料2为陶瓷颗粒与金属颗粒按照质量比1~3：1混合而成，陶瓷颗粒为Al₂O₃颗粒、BN颗粒、Cr₃C₂颗粒、ZrO₂颗粒中的一种或多种任意比例混合，金属颗粒为Ti颗粒、Cr颗粒、Ni颗粒或Co颗粒，陶瓷颗粒的粒径为1000~1250目，金属颗粒的粒径为200~400目。

本发明还提供所述不连续层状结构复合材料的制备方法，具体步骤如下：