[發明專利]一種通過放電等離子燒結制備層狀復合材料的方法

有效

• 申請號: 201910864694.6
• 申請日: 2019-09-12
• 公開（公告）號: CN110465670B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 武高輝;劉凱;芶華松;楊文澍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B22F7/04
• 分類號: B22F7/04;B22F3/105
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種通過放電等離子燒結制備層狀復合材料的方法，涉及一種制備層狀復合材料的方法。目的是解決現有放電等離子燒結方法制備的層狀復合材料結合強度低的問題。方法：對金屬板材料表面進行粗糙化處理，然后將多層金屬板材疊放，在相鄰的金屬板材之間平鋪一層金屬粉體，進行放電等離子燒結。本發明采用低于金屬板材熔點的金屬粉末作為“粘結劑”，與兩側金屬板材形成強的冶金結合，從而實現低溫制備高界面結合的金屬層狀復合材料。本發明適用于制備層狀復合材料。

技術領域

本發明涉及一種制備層狀復合材料的方法。

背景技術

隨著科技的發展，航空航天、鐵路運輸、建筑與核電等領域對材料的發展提出了更為綜合的要求，如高強度、耐蝕性、輕量化與吸振性等。單一的金屬材料或受自然資源的局限或因綜合性能不足，其應用領域受到極大的限制。通過結構設計，制備出由兩種或多種純金屬與合金復合而成的復合材料可以兼具純金屬與合金復合的優勢，具有更廣泛的應用。層狀復合材料屬于常見的純金屬與合金的復合材料，常見的層狀復合材料包括輕質耐蝕的鋁-鎂層狀復合材料、輕質高強的鈦-鋁層狀復合材料、高導電導熱的銅-鋁層狀復合材料等。

層狀復合材料制備方法主要為熱壓法(包括爆炸成型)、熱軋法與粉末冶金方法。其中，放電等離子燒結是一種通過放電加熱使待燒結材料局部處于等離子態，從而加速燒結與致密化過程的方法，放電等離子燒結具有加熱均勻、燒結溫度低、燒結速度快和致密度高的優點。專利CN101733623A中提出了使用金屬板材為原材料，通過放電等離子燒結制備層狀復合材料的方法，并指出這種方法有著耗能小、效率高、原材料易得、材料界面反應少等優點。但是，現有的放電等離子燒結的燒結過程涉及固-固界面接觸與擴散結合，因此對原料板材要求表面平整光滑，制備前須進行磨光，而對于粗糙或有明顯加工痕跡的板材，固-固界面接觸面積小，難以做到高強度結合，這些因素限制了該方法的廣泛應用。

發明內容

本發明為了解決現有放電等離子燒結方法制備的層狀復合材料結合強度低的問題，提出一種通過放電等離子燒結制備層狀復合材料的方法。

本發明通過放電等離子燒結制備層狀復合材料的方法按照以下步驟進行：

首先對金屬板材表面進行粗糙化處理至粗糙度大于Ra12.5并用酒精清洗，然后將多層金屬板材疊放，在相鄰的金屬板材之間平鋪一層金屬粉體形成板材-粉體疊層構件，將板材-粉體疊層構件置于石墨模具內，向石墨模具內的板材-粉體疊層構件施加壓力，進行放電等離子燒結，即完成；

所述金屬粉體的熔點為兩側的金屬板材熔點較低值的0.5～0.9倍；

所述板材-粉體疊層構件中不同層的金屬粉體的材質為一種或多種；

所述板材-粉體疊層構件中不同層的金屬板材的材質為一種或多種，并且不同層的金屬板材的熔點的差值小于200℃。

本發明原理及有益效果為：

本發明基于放電等離子燒結的工作原理，針對當前復合材料制備方法流程長、耗能大、材料界面結合不良等問題，提出了一種低溫制備具有平整界面、結合良好、適用范圍廣的層狀復合材料的方法。本發明中采用低于金屬板材熔點的金屬粉體作為“粘結劑”，與兩側金屬板材形成強的冶金結合，從而實現低溫制備高界面結合的金屬層狀復合材料。

1、本發明選用的金屬板材表面的粗糙度大于Ra12.5，因此對原始板材表面粗糙度要求低，尤其適合表面有加工痕跡或是軋制態板材的復合。由于金屬粉體高的流動性，在燒結過程中粉體可以有效填充板材表面的劃痕、凹坑等，提高了復合材料的致密度、界面結合力、均勻塑性變形和抗拉強度，并且復合界面平整，整體性能穩定；