[發(fā)明專利]一種采用模板法構(gòu)筑超輕空心管微點陣金屬材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410023584.4
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103805972A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊青林;徐晶晶;郭林;江雷
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: C23C18/31
• 分類號: C23C18/31;B29C67/00;C22C1/08
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 李有浩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種微點陣金屬材料，更特別地說，是指一種采用模板法構(gòu)筑超輕空心管微點陣金屬材料及其制備方法。

背景技術(shù)

人類社會的進(jìn)步是以材料的發(fā)展為前提的，性能優(yōu)異的材料促進(jìn)了社會的發(fā)展，同時社會的高度發(fā)展也呼喚著新材料的問世。隨著科技的發(fā)展，對材料的性能要求也越來越高，低密度材料也越來越受到人們重視，超輕材料具有優(yōu)異的比強度、比剛度和耐熱性，還具有良好的結(jié)構(gòu)性能和物理及化學(xué)性能。此外，超輕材料還顯示出優(yōu)異的減震降噪性能、良好的吸能緩沖性能、突出的吸聲和屏蔽性能、理想的過濾與吸附性能等許多獨特的功能特性，被喻為結(jié)構(gòu)－功能一體化材料。

3D打印也稱為增材制造，它不需要刀具和模具，利用三維CAD模型在一臺設(shè)備上可快速而精確地制造出復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，從而實現(xiàn)“自由制造”，解決傳統(tǒng)工藝難加工或無法加工的局限。目前三維造型可以是在Solidworks、UG、Pro/E和CAD等軟件中實現(xiàn)。

材料之所以能夠具有超輕的密度，原因在于固體材料是多孔的。不同多孔材料的孔隙率和孔徑大小都不相同，一般孔隙率為20%～99%，孔徑大小也從納米級到毫米級。一般說來，納米和微米級多孔材料側(cè)重于材料的功能性質(zhì)，如電學(xué)性質(zhì)、磁性、光學(xué)性質(zhì)，輕質(zhì)處于第二位。而毫米級的多孔材料，除了質(zhì)量很輕以外，輕質(zhì)多孔金屬材料優(yōu)異的熱力學(xué)等性質(zhì)也可以滿足不同民用和軍用需求，有些材料還可以大量低成本生產(chǎn)。不同方法用于制備相對密度和孔徑尺寸在不同范圍內(nèi)的某類材料。

點陣材料是由結(jié)點和結(jié)點間連接桿件單元組成的周期結(jié)構(gòu)材料。其胞元構(gòu)型類似于晶體材料的點陣結(jié)構(gòu)，因此這種空間梁桿體系的周期結(jié)構(gòu)被稱作點陣材料。

點陣材料是近年來隨著航空、航天大型構(gòu)件結(jié)構(gòu)的制備與加工成型技術(shù)不斷的發(fā)展而出現(xiàn)的一類新穎、輕質(zhì)的多功能材料，具有超輕、高孔隙率、高強韌性、高比強度、高比剛度、高能量吸收性等一些優(yōu)良的機械性能，以及減震、電磁屏蔽、吸聲等特殊性能，點陣材料兼具功能和結(jié)構(gòu)雙重作用，是一種性能優(yōu)異的多功能工程材料。發(fā)展具有輕質(zhì)、高效、高孔隙率的三維點陣結(jié)構(gòu)材料，是推進(jìn)材料和裝備的輕量化、精確化、高效化，實現(xiàn)節(jié)能、凈化的關(guān)鍵措施。

目前，實驗室和工業(yè)界中主要使用的模板有生物材料模板、有機化合物模板和無機化合物模板等。其中，有機化合物，如各種塑料、合成纖維等由于其形貌和結(jié)構(gòu)的可設(shè)計性和穩(wěn)定性，被廣泛用于無機納米材料的合成中。模板法可以按照人們的意愿制備材料且能容易地獲得良好的陣列。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是提供一種采用模板法制備超輕空心管微點陣金屬材料的方法。通過本發(fā)明方法來制備超輕超輕空心管微點陣金屬材料時，首先用快速成型技術(shù)制備所需結(jié)構(gòu)的微點陣模板；然后在模板表面進(jìn)行化學(xué)鍍或者電鍍，目的是在其表面形成均勻的金屬薄膜，可通過沉積時間來控制各種復(fù)雜模型表面金屬薄膜的厚度；最后燒蝕或化學(xué)刻蝕掉模板，得到的空心管微點陣金屬材料，制得的金屬材料的密度由微點陣模板的結(jié)構(gòu)、尺寸、金屬薄膜的厚度等因素來決定。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有多孔立體結(jié)構(gòu)的超輕超輕空心管微點陣金屬材料。

本發(fā)明是一種采用模板法構(gòu)筑超輕空心管微點陣金屬材料的制備方法，其特征在于包括有下列制備步驟：

步驟一：構(gòu)造立體微點陣模板；

采用3D成型技術(shù)制作出立體微點陣模板；

所述立體微點陣模板的結(jié)構(gòu)包括有簡單立方、體心立方、面心立方、簡單六方、簡單四方、體心四方、R心六方、簡單正交、O心正交、體心正交、面心正交、簡單斜方、O心單斜、簡單三斜、(10,3)-α結(jié)構(gòu)或者金剛石正四面體結(jié)構(gòu)；

3D成型技術(shù)制作立體微點陣模板所選用的材料為高分子聚合物；

步驟二：在立體微點陣模板上制作金屬膜材料，得到預(yù)成型結(jié)構(gòu)體；

采用化學(xué)鍍工藝在立體微點陣模板上制作金屬膜材料，得到預(yù)成型結(jié)構(gòu)體；

金屬膜材料的成分可以是單一的、質(zhì)量百分比純度為99.0%～99.99%的鎳、銅、鋁、鋅、錫、金、銀、鈀或者鉻；也可以是鋅鐵合金、鋅鈷合金、鋅鈦合金、鋅鉻合金、鋅錳合金、鋅鎳合金、銅錫合金、銅鎳鉻合金或者銀銦合金；

采用化學(xué)鍍時，先配制化學(xué)鍍液，然后用氨水調(diào)節(jié)化學(xué)鍍液的pH值，pH=4.8～5.1，設(shè)置化學(xué)鍍反應(yīng)溫度為75～85℃，化學(xué)鍍時間為2～10分鐘；

步驟三：去除3D模板后得到超輕超輕空心管微點陣材料；

將步驟二得到的預(yù)成型結(jié)構(gòu)體采用燒蝕去除掉步驟一制得的立體微點陣模板，得到超輕超輕空心管微點陣材料；