[發明專利]一種氧化鋁/鋁微疊層復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201611138222.5
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106584963A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 蔡輝;張博;孫萬昌
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B15/04;B32B15/20;B32B37/02;B32B37/06;B32B37/10;B32B38/16;B32B38/00
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙)61223
• 代理人: 潘宏偉

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種氧化鋁/鋁微疊層復合材料及其制備方法。

背景技術

作為一種輕質材料，氧化鋁/鋁復合材料既具有氧化鋁陶瓷高強度、高模量及高硬度的特點，又具備鋁金屬的良好韌性，因此采用此類材料制造的零部件不僅表現出高強韌的性能優勢，從而大幅提升零部件服役過程中的穩定性與可靠性，而且能夠滿足航空、航天等領域的裝備輕量化要求。目前，氧化鋁/鋁復合材料中作為增強體的氧化鋁一般以顆粒、纖維及骨架等形式存在于鋁基體中，通過氧化鋁的均勻彌散分布使復合材料呈現優異的力學性能；其制備工藝主要包括粉末冶金、真空熱壓、熔滲及擠壓鑄造等高溫方法。但是，上述氧化鋁/鋁復合材料及其制備方法難以高效率生產大尺寸厚板，加工成本較高。

疊層或層狀復合是一種獲得大尺寸復合板的有效方式，表現為高強度、高硬度、高模量的陶瓷層與韌性及成型性較好的金屬層按一定的層間距及層厚比交互重疊形成的一種多層結構；當層厚控制在0.01μm到100μm范圍內時，能夠達到陶瓷與金屬組分性能間的有效配合，從而獲得強韌性優異的微疊層復合材料。目前，陶瓷/金屬微疊層復合材料的制備一般采用軋膜成形、流延成形及注漿成形等工藝制備出陶瓷生坯層，然后與金屬箔疊置后熱壓燒結獲得；或者采用電子束物理氣相沉積、等離子噴涂等方法制備。但是，對于氧化鋁/鋁微疊層復合材料而言，前一類方法因氧化鋁陶瓷的燒結溫度遠高于氧化鋁/鋁復合材料的熱壓溫度，導致復合板材制備過程中難以有效實現氧化鋁陶瓷的燒結，從而影響復合材料的強度；后一類方法則難以高效率制備厚度5mm以上的無支撐獨立厚板。

發明內容

本發明的目的是提供一種氧化鋁/鋁微疊層復合材料及其制備方法，用以解決氧化鋁/鋁輕質復合板的制備難題，尤其可以高效率生產厚度5mm以上大尺寸板材且加工成本低。

本發明提供的一種氧化鋁/鋁微疊層復合材料，包括氧化鋁層和鋁層，所述氧化鋁層與鋁層交替疊加形成總層數為40-400層的層狀復合結構；所述氧化鋁層厚度為10-30μm，鋁層厚度為30-50μm。

優選的，所述氧化鋁/鋁微疊層復合材料為板材，所述板材的厚度為1-10mm，長度或寬度為50-1000mm。

優選的，所述氧化鋁/鋁微疊層復合材料的密度為2.9-3.1g/cm³，抗彎強度為256-319MPa。

一種氧化鋁/鋁微疊層復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、箔材A的制備

采用50μm厚的鋁箔作為前驅體，經表面清潔處理并與電源正極連接，然后置于由硅酸鹽、磷酸鹽及添加劑混合而成的電解液中，在400-550V電壓下微弧氧化處理10-20min，得到具有氧化鋁層/鋁層/氧化鋁層三層結構的箔材樣品；

用去離子水對所述箔材樣品進行表面清洗，干燥后得到箔材A；

步驟2、箔材B的制備

選取厚度為30-50μm的鋁箔，在腐蝕液中浸泡60-120s后取出，用去離子水清洗腐蝕處理的鋁箔表面，室溫干燥后得到箔材B；

步驟3、箔材的疊放

在箔材長度與寬度相同的條件下，將步驟1得到的箔材A與步驟2得到的箔材B按照ABAB……AB或ABAB……ABA或BABA……BAB的疊層方式由下向上整齊疊放，得到疊層樣品；

步驟4、疊層樣品的熱壓

對疊層樣品施加2-3MPa的預壓力，待真空度達到1×10^-2Pa后開始加熱，升溫速率為5-10℃/min，升溫過程中保持外加壓力2-3MPa；待溫度升至530-600℃時進行真空熱壓或者真空熱軋處理，然后冷卻至室溫，得到氧化鋁/鋁微疊層復合材料；

最后將得到的氧化鋁/鋁微疊層復合材料進行切邊及表面清潔處理，或者切割加工成所需尺寸的氧化鋁/鋁微疊層復合材料產品。

優選的，上述制備方法中，步驟1還包括：對所述箔材樣品進行表面清洗，干燥，然后采用化學鍍方法，在干燥后的箔材樣品的表面沉積厚度0.9-1.1μm的銅或鎳層，得到箔材A。

優選的，上述制備方法中，步驟2中，所述腐蝕液為由氫氧化鈉和腐蝕液添加劑混合而成的堿溶液，且腐蝕處理時間為120s；所述腐蝕液添加劑為硅酸鈉、碳酸鈉的一種或兩種，每種添加量不超過5g/L。

優選的，上述制備方法中，步驟2中，所述腐蝕液為含氫氟酸的酸溶液，且腐蝕處理時間為60s。