[發明專利]輕質致密近零膨脹金屬基復合材料的膨脹系數的調控方法

有效

• 申請號: 201911378839.8
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111041323B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 歐陽求保;曹賀;崔鐸
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C32/00
• 分類號: C22C32/00;C22C21/00;C22C1/05;B22F3/14;C22C1/10
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 徐紅銀;趙楠

本發明提供了一種輕質致密近零膨脹金屬基復合材料的膨脹系數的調控方法，包括：以負膨脹材料Mn₃(Mn_xZn_ySn_z)N粉體和金屬基體粉體為原料，金屬基體選用純鋁、純銅、鋁合金、鎂合金、鈦合金、銅合金中任一種；將負膨脹材料Mn₃(Mn_xZn_ySn_z)N粉體與所述金屬基體粉體混合后得到混合粉體；調節負膨脹材料粉體和金屬基體粉體的比例，和/或調節負膨脹材料Mn₃(Mn_xZn_ySn_z)N粉體的粒徑大小，得到輕質致密近零膨脹金屬基復合材料；其中：負膨脹材料粉體占金屬基復合材料總體積的1?50％，金屬基體粉體占金屬基復合材料總體積的99％?50％；負膨脹材料Mn₃(Mn_xZn_ySn_z)N粉體的粒徑在小于150μm內調節。本發明通過調節負膨脹材料Mn₃(Mn_xZn_ySn_z)N粉體的粒徑以及含量，從而實現各種金屬基復合材料熱膨脹系數(包含零膨脹)的調控。

技術領域

本發明涉及輕質近零膨脹復合材料，具體地，涉及一種輕質致密近零膨脹金屬基復合材料的膨脹系數的調控方法。

背景技術

自然界中絕大多數材料都表現出“熱脹冷縮”的現象。材料的這一特性在給人類提供諸多便捷的同時，也給現代生活帶來很多困擾，主要在于熱脹冷縮會使材料內部產生熱應力，甚至導致材料產生裂紋而失效。材料體積隨溫度的變化而變化的性質，也會對精密零部件的精確度產生很大影響。例如，對于望遠鏡、激光設備、光纖通訊等精密光學設備的精確光聚焦與光路準直，由熱膨脹引起的零部件尺寸的“失之毫厘”，可能會導致測試結果的“謬之千里”。

負熱膨脹材料由于具有熱縮冷脹這一特殊性能，自上世紀50年代發現后，受到國際上廣泛關注。這一反常的熱膨脹行為，使負熱膨脹材料有許多潛在的應用價值。負熱膨脹材料用于減小或者消除溫度對零部件或者結構件的影響，減小或消除熱膨脹導致的內應力破壞，提高設備的綜合性能、使用精度，延長使用壽命。這對航空航天、電子元件、光學器件、精密儀器等領域具有重要的意義。

金屬由于具有優良的熱學性質和力學性質，是結構設計、機械系統和電子封裝中廣泛應用的材料。金屬是正熱膨脹材料，將金屬和負膨脹材料(增強體)有效復合，就可以得到既具有金屬優異性能且近零膨脹的金屬基復合材料。

通常調節復合材料的熱膨脹系數的方法主要是改變負熱膨脹材料的種類、含量以及制備工藝參數來實現近零膨脹金屬基復合材料的膨脹系數。

經檢索發現，申請號為201611041751.3的中國專利，公開了一種熱膨脹可調的復合材料的制備方法，該方法中包括了熱膨脹可調的復合材料，熱膨脹系數和導熱系數可以通過負熱膨脹材料Al₂(WO₄)₃在復合材料中的體積含量進行調控。但是上述專利存在以下不足：專利201611041751.3無法實現大范圍熱膨脹系數的調節，很難制備出零膨脹的復合材料，且專利201611041751.3無法改變低熱膨脹系數出現的溫度區間。對于實際工程應用，更期待著其服役溫度范圍內熱膨脹系數的調整，且希望其熱膨脹系數約接近于零越好。這是上述專利無法實現的，而本專利通多對負膨脹體系的選擇可以實現不同溫度區間的熱膨脹系數的調節，并且可以通過改變負膨脹材料的粒徑分布、含量以及制備工藝去調節復合材料的熱膨脹系數，實現零膨脹的目的。

目前國內關于近零膨脹復合材料的研究還處于起步階段，且其近零膨脹材料的研究使用樹脂做為基體。樹脂基復合材料由于其材料本身特性，具有材料脆、易老化、不耐溫、易損傷等缺點，使其應用范圍大大受限。而兼具輕質、近零膨脹特性以及金屬性能的金屬基復合材料的研究，國內國外沒有相關報道。

發明內容