[发明专利]一种新型梯度工程材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种新型梯度工程材料，其包括基体胶浆混合料、增强相材料和增韧相材料，增强相材料为氧化铝超硬陶瓷球，增韧相材料为镀铜微细钢纤维，梯度工程材料为由背层、中间层、面层三个梯度层组成的复合材料，背层为高含量纤维增韧层，中间层为过渡层，面层为高硬陶瓷球增强层；超硬陶瓷球、钢纤维材料均呈梯度分布，从面层至背层，超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的配比依次递减，钢纤维的体积掺量依次递增；同时公开上述新型梯度工程材料的制备方法。本发明的梯度工程材料具有强度高、密实度好、抗侵爆性能优、性价比高、耐腐蚀等多项优点。

技术领域

本发明属于工程材料技术领域，尤其是涉及一种新型梯度工程材料及其制备方法。

背景技术

梯度材料指的是根据使用需要，选择使用两种或两种以上不同性能材料，采用先进材料复合技术，使材料组成与结构连续呈梯度变化，且内部无明显界面，从而使材料功能与性质沿厚度方向呈梯度变化的一种新型复合材料。目前，国内外主要集中于功能梯度材料研究方面，选用的原材料主要包括金属类材料和陶瓷类材料，材料的尺寸与梯度构成大多是微米级，与宏观型工程结构类梯度材料的材料构成和制备技术差异较大。当前对结构类梯度材料研究主要是材料增强相、增韧相的设计理论研究和制备方法研究，针对工程防护的梯度工程材料及其制备方法的研究还很缺乏，至今未见报道。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种新型梯度工程材料，其具有强度高、密实度好、抗侵彻性能好、抗爆炸性能优的特点；同时，公开上述新型梯度工程材料的制备方法，其工艺步骤明确，操作方便，工作效率高，经济性好，绿色环保。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型梯度工程材料，其包括基体胶浆混合料、增强相材料和增韧相材料，增强相材料为氧化铝超硬陶瓷球，超硬陶瓷球直径为20～40mm，莫氏硬度为9～9.5，抗压强度为1500～2000MPa；增韧相材料为镀铜微细钢纤维，抗拉强度不低于1800MPa、直径为0.2～0.3mm、长度为12～27mm；梯度工程材料为由背层、中间层、面层三个梯度层组成的复合材料，背层为高含量纤维增韧层，中间层为过渡层，面层为高硬陶瓷球增强层，背层和面层厚度均≥60mm；超硬陶瓷球、钢纤维材料均呈梯度分布，从面层至背层，超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的配比依次递减，钢纤维的体积掺量依次递增；超硬陶瓷球与基体胶浆混合料的重量比分别为面层0.5～0.8、中间层0.1～0.6、背层0，面层钢纤维体积掺量为1.0%～2.0%、中间层钢纤维体积掺量为2.0%～5.0%、背层钢纤维体积掺量为5.0%～6.0%；按重量百分比计，所述基体胶浆混合料包括以下组分：硅酸盐水泥40～50%、石英砂25～35%、硅灰5～10%、偏高岭土2～4%、矿粉2～4%、水12～15%、膨胀剂1～2%、SP保水剂0.1～0.2%、减水剂1.2～1.6%。

进一步地，上述的硅酸盐水泥的强度等级为52.5或以上。

进一步地，上述的石英砂粒径在50～200目。

进一步地，上述的减水剂为缓凝型聚羧酸系高效减水剂溶液，减水率不小于35%，含水率为58～62%。

上述的新型梯度工程材料，其抗压强度不小于110MPa，抗弯强度不小于30MPa，28天龄期氯离子扩散系数指标为D_RCM≤1.0×10^-12m²/s。

一种新型梯度工程材料的制备方法，其包括以下步骤：