[發(fā)明專利]一種具有波浪結構的金屬玻璃復合材料

有效

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• 申請日: 2021-08-04
• 公開（公告）號: CN113715430B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設計）人: 沙振東;滕云
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B32B15/04
• 分類號: B32B15/04;B32B33/00;B32B15/01;B32B3/28;B32B3/26
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發(fā)明公開了一種具有波浪結構的金屬玻璃復合材料，包括第一種金屬玻璃波浪結構、第二種金屬玻璃波浪結構和基底，第一種金屬玻璃波浪結構和第二種金屬玻璃波浪結構均由若干大小相同、形狀一致且周期性排列的單元組成，在第一種金屬玻璃波浪結構和第二種金屬玻璃波浪結構之間及周圍填充基底，將復合材料、金屬玻璃、波浪結構的優(yōu)點結合，能夠適用于任何金屬玻璃體系，保留金屬玻璃高強度，并利用波浪結構控制剪切帶，增塑增韌，最終制備成大尺寸、高強、高韌的金屬玻璃復合材料。本發(fā)明具有高強高韌、吸能儲能、減震抗疲勞、性能可控等優(yōu)異特性，能夠應用于許多關鍵領域。

技術領域

本發(fā)明屬于復合材料和結構優(yōu)化設計領域，具體涉及一種具有波浪結構的金屬玻璃復合材料。

背景技術

復合材料，是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理化學方法，在宏觀或微觀上組成具有新性能的材料。一般來說，復合材料是由較強的、脆性的、高模量的增強材料和較弱的、韌性的、低模量的基體組成的。復合材料具有輕質、比強度高、比剛度大、可設計性好等優(yōu)點，可以滿足不同領域的性能要求。近年來，復合材料在航空航天、汽車船舶、橋梁建筑、化工醫(yī)療等諸多領域都得到廣泛的應用。但目前復合材料同樣面臨著諸多瓶頸，而整體強度低是其中的核心問題，所以需要尋找具有更高強度的材料作為增強相。

金屬玻璃，又稱為非晶合金，是通過對熔融狀態(tài)時的金屬熔體快速冷卻獲得的非晶態(tài)固體。金屬玻璃具有中短程有序、長程無序的微觀結構，因此并不會出現(xiàn)位錯和晶界等缺陷。與傳統(tǒng)晶體金屬材料相比，金屬玻璃材料表現(xiàn)出許多獨特的物理、化學和力學性能，比如，強度可以達到6GPa、斷裂韌性高達200MPa·m^1/2、彈性極限高達2％、耐腐蝕、耐磨損等。此外，金屬玻璃具有良好的熱塑成型能力，易加工、易成型。盡管金屬玻璃具有許多優(yōu)異的性能，但是，玻璃形成能力差嚴重限制了金屬玻璃的廣泛應用，金屬玻璃的臨界尺寸有限，很難制成大尺寸的結構件。此外，由于沒有滑移面、位錯等塑性變形機制，金屬玻璃的斷裂模式表現(xiàn)為剪切帶迅速擴展的脆性斷裂，室溫塑性變形能力極差，通常拉伸塑性應變近乎為0。

由于金屬玻璃的塑性變形能力和剪切帶的形成傳播息息相關，因此可以通過控制剪切帶來提高金屬玻璃的室溫塑性。一般來說，局部的應力狀態(tài)決定了剪切帶的形成與傳播的進程。從自然界中常見的波浪結構得到啟發(fā)，波浪結構可以有效調控局部應力狀態(tài)，進而對剪切帶進行有效控制。具有波浪結構的金屬玻璃在保留了高強度的同時，塑性變形能力得到大幅度增強。但由于金屬玻璃的形成能力有限，無法制備得到很大尺寸的波浪結構，應用范圍有較大的局限性。而且需要保護好經過精心設計的結構表面，保證波浪結構中的應力狀態(tài)可以有效抑制剪切帶的擴展。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種具有波浪結構的金屬玻璃復合材料，結合復合材料、金屬玻璃、波浪結構的長處，金屬玻璃制成的波浪結構作為增強相，極大提高整體強度和變形能力，高分子材料、多孔材料或常見金屬作為基體，進一步增強整體變形能力，最終制成大尺寸、高強、高韌的金屬玻璃復合材料，有望應用于減震、抗疲勞、吸能、儲能等特定領域，比如作為船舶、汽車、橋梁的關鍵結構件。

為了達到上述目的，本發(fā)明包括增強相和基底，增強相為兩種波浪結構，分別為第一種金屬玻璃波浪結構和第二種金屬玻璃波浪結構，第一種金屬玻璃波浪結構和第二種金屬玻璃波浪結構均由若干大小相同、形狀一致且周期性排列的單元組成，基底填充在第一種金屬玻璃波浪結構和第二種金屬玻璃波浪結構之間及周圍。

每個單元均包括兩條韌帶，兩條韌帶為大小相同朝向相反的圓弧結構。

兩條韌帶的上下兩側的表面形狀相同，均為半徑相同、圓心角相同的圓弧。

第一種金屬玻璃波浪結構和第二種金屬玻璃波浪結構為金屬玻璃，基底采用高分子聚合物、多孔材料或常見金屬。

第一種金屬玻璃波浪結構和第二種金屬玻璃波浪結構的特征尺度為納米量級到厘米量級。