[發(fā)明專利]一種纖維增強氣凝膠-金屬復合材料及其制備方法

在審

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• 申請日: 2016-02-20
• 公開（公告）號: CN107099692A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設計）人: 金承黎
• 申請（專利權）人: 金承黎
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C47/06;C22C47/08;B22D23/04
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技術領域

本發(fā)明涉及金屬基復合材料的制備方法，特別涉及利用纖維增強氣凝膠-金屬基復合材料。

背景技術

現代高技術的發(fā)展對材料性能的要求日益提高，單一材料已很難滿足對性能的綜合要求，材料的復合化是材料發(fā)展的必然趨勢之一。

陶瓷具有優(yōu)異的耐高溫性能，如高溫壓縮強度大、彈性模量高、耐蠕變、抗氧化、耐腐蝕、耐磨損等，但其致命缺點是脆性大，表現在抗機械沖擊和熱沖擊性都很低，故在高溫領域中作為結構材料受到很大限制。

由陶瓷顆粒、短纖維、晶須增強的金屬基復合材料(MMC)綜合了金屬的塑韌性、成型性、導電、導熱性，以及增強相陶瓷材料的高強度、高模量、耐熱、耐磨、耐高溫等性能，制備的金屬基復合材料具有高比強度、比模量；導熱、導電性能；熱膨脹系數小、尺寸穩(wěn)定性好；良好的高溫性能；耐磨性好；良好的疲勞性能和斷裂性能等優(yōu)點，在諸如摩擦磨損類材料、航空航天結構件、耐高溫結構件、汽車構件、抗彈防護材料等領域有廣闊的應用前景。

網狀結構陶瓷增強金屬基復合材料是用鑄造方法在預制的多孔陶瓷中澆鑄金屬而成的一類復合材料，其基本特征是基體與增強體在整個材料中形成各自的三維空間連續(xù)的網絡結構并且互相纏繞在一起，相對于纖維增強材料，其在整體結構上具有各向同性的特點，而相對于顆粒或晶須增強材料，它又有相互連續(xù)的特點，這種結構形式使該類材料具有獨特的性能，具有較好的發(fā)展和應用前景。

氣凝膠，是一種新型無機納米多孔材料，按成分可分為二氧化硅氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、氧化鋯氣凝膠、氧化鈦氣凝膠等金屬氧化物氣凝膠以及有機氣凝膠、碳氣凝膠等。氣凝膠以納米量級超微顆粒相互聚集構成納米多孔網絡結構，平均孔洞尺寸為20~50nm，密度可低達0.003g/cm³，氣孔隙率高達80～99.8％，比表面積可達1000m²/g，耐熱溫度可達1300~1800℃，室溫導熱系數可低達0.013w/(m·k)，是迄今為止最輕的固體和絕熱性能最好的材料，在熱學、聲學、力學、光學、電學、化學等領域有廣泛的應用前景。以氣凝膠的納米三維孔洞代替多孔陶瓷的微米乃至毫米級的大孔與金屬復合，將獲得一種嶄新的金屬基復合材料。

為此，本發(fā)明提出一種纖維增強氣凝膠-金屬復合材料及制備方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明公布了一種纖維增強氣凝膠-金屬復合材料，所述復合材料以纖維增強的氣凝膠為強化材料，以金屬為基體，氣凝膠的三維納米孔洞結構中填充有金屬，形成金屬與氣凝膠三維網絡交織的復合材料。

所述的纖維增強氣凝膠，包括氣凝膠布、氣凝膠紙、氣凝膠氈、氣凝膠板和氣凝膠異形件中一種或幾種。

所述的氣凝膠，密度為3~600kg/m³，平均孔徑為2~100nm，孔隙率為50%~99%。

所述的氣凝膠包括氧化硅氣凝膠、氧化鋁氣凝膠、氧化鋯氣凝膠、氧化鈦氣凝膠、氧化鎂氣凝膠、氧化銅氣凝膠、氧化鐵氣凝膠、氧化鈷氣凝膠、氧化鎳氣凝膠、氧化錳氣凝膠、氧化鋅氣凝膠、氧化錫氣凝膠、氧化鎘氣凝膠、氧化鉻氣凝膠、氧化鈮氣凝膠、氧化鉭氣凝膠、氧化鈰氣凝膠、氧化釩氣凝膠、氧化鉬氣凝膠、氧化鎢氣凝膠、氧化鉿氣凝膠、氧化釷氣凝膠、氧化鈹氣凝膠、氧化釔氣凝膠、氧化鈧氣凝膠、氧化鈰氣凝膠、氧化鍶氣凝膠、氧化銦氣凝膠、氧化鎵氣凝膠、氧化鉍氣凝膠、氧化鑭氣凝膠、氧化鐿氣凝膠、氧化銪氣凝膠、氧化釹氣凝膠、氧化鋱氣凝膠、氧化鐠氣凝膠、氧化釤氣凝膠碳化硅氣凝膠、氮化硅氣凝膠、碳氣凝膠、石墨烯氣凝膠中一種或幾種。

所述的纖維，其組分包括石英纖維、高硅氧纖維、氧化鋁纖維、硅酸鋁纖維、莫來石纖維、碳化硅纖維、碳化硼纖維、氮化硅纖維、氮化硼纖維、氮化鈦纖維、硼纖維、碳纖維、碳納米管、鎢絲、鉬絲、釷絲中一種或幾種。

所述的纖維，其形態(tài)包括晶須、短切纖維、連續(xù)纖維、纖維單向布、二維纖維編織布、三維纖維編織布、纖維非織造布、纖維氈、纖維板、纖維蜂窩板、纖維異形件中一種或幾種。

所述的金屬包括鋁、銅、鎂、鈦、、鋅、錫、鐵、銀、鎳、鈹、鈷、鉛、鉻、鎢、鉬、鉭、鈮、鈰、鋯中一種或幾種，及上述金屬對應的合金。

本發(fā)明還公開了一種纖維增強氣凝膠-金屬復合材料的制備方法，制備過程包括以下步驟：

(1) 鋪設纖維增強氣凝膠；

(2) 將熔融金屬浸滲到纖維增強氣凝膠；

(3) 冷卻固化后形成復合材料。