[發明專利]磚砌結構金屬材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811431043.X
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109402688B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 李毅;炊曉毅;潘杰;孫東明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C25D5/02
• 分類號: C25D5/02;C25D5/10;C25D5/12;C25D5/54;C23C14/35;C23C14/16;C23C14/58
• 代理公司: 沈陽晨創科技專利代理有限責任公司 21001
• 代理人: 張晨

本發明提供了一種具有微納尺度特征的磚砌結構金屬材料的制備方法。首先，利用光刻方法形成具有磚、泥形狀的圖案，然后采用電沉積方法沉積兩種軟硬不同的金屬組元材料填充圖案，重復以上光刻和電沉積過程，最終獲得具有微納米尺度磚砌結構及良好力學性能的金屬材料。本發明制備的磚砌結構材料不僅從微觀到宏觀三維尺寸可以精確控制，而且通過調整電沉積材料的組元和結構，根據需求調控整體材料的性能。本發明為可利用電沉積制備的金屬材料的性能改善和變形機制研究提供新的方法。

技術領域

本發明涉及金屬材料結構性能改進技術，具體為綜合電沉積和光刻技術制備的磚砌結構金屬材料及其制備方法，適用于可用電沉積制備的金屬材料，如鐵，鎳，銅，鋅，金，銀等金屬及其合金。

背景技術

材料在力學性能方面有著強度和塑性的倒置關系：強度高的材料往往塑性很差，而塑性好的材料又不能滿足強度要求。將已知的材料按照一定方式有規律的組合起來，從而達到所需要的性能，是材料學科研究的新趨勢。而磚砌結構正是能實現這一目的的有效方式。磚砌結構，就是類似磚塊和泥漿所砌成的墻一樣的結構。泥漿包圍磚塊，且相互連通，磚塊則被泥漿分割開來，且按照一定的順序排列堆砌。磚塊通常為強度高的材料，而泥漿一般為延展性好的材料，將兩種性能差異較大的材料按照一定方式有規律的組合起來，可實現其優異的強塑/韌性匹配，為實現材料性能優化提供了一種新的方式。磚砌結構的探索和研究是啟迪于自然界中貝殼的特殊結構和優異性能。由體積分數95％以上脆性CaCO₃組成的貝殼不僅具有和CaCO₃媲美的強度和硬度，其韌性卻是CaCO₃的3000倍(HoracioD.Espinosa等，Progress in Materials Science,2009,1059:1100)，這一優異的性能促使人們對微觀結構和變形行為進行深入探討。研究發現貝殼內部微觀結構有3個主要特點：1)硬相CaCO₃占95％，軟相的蛋白質僅占5％左右；2)其微觀結構尺寸為微納級別：硬相磚塊的厚度一般為幾個微米及幾百納米，長度在幾十到幾百微米，軟相填充的縫隙一般只有幾個微米或更小；3)兩相結合為層狀，但每層是彎曲并有凹凸的內嵌結構。少量的軟相在整體上是互相聯通且包圍著每個硬相的小塊，硬相則相互分離。這種特殊結構使材料在外加載荷狀態下，裂紋將沿“泥漿”擴展，不斷地被抑制、偏折，大大增加了裂紋的擴展路徑；另外，軟相被破壞的同時硬相則保持完整的這種“磚塊”的拔出機制，包括了“泥漿”的塑性變形和“磚塊”滑移導致的材料的變形，這些均增加材料斷裂過程中所吸收的能量，從而顯著提升材料的斷裂韌性。