[發(fā)明專利]用于制備構(gòu)型復(fù)合材料的限域填粉法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111519447.6
• 申請(qǐng)日: 2021-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN114131015B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓遠(yuǎn)飛;吳華舵;呂維潔;黃光法
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/00
• 分類號(hào): B22F3/00;B22F3/02;B22F3/20;C22C1/05;C22C21/00;C22C32/00;C22C14/00
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發(fā)明公開了一種用于制備構(gòu)型復(fù)合材料的限域填粉法；利用原料粉末的流動(dòng)性控制異種粉末分布，粉末經(jīng)冷壓、燒結(jié)固化及擠壓等塑性變形加工后，可制備出具有特定構(gòu)型的復(fù)合材料。先制備出上下連通的具有特定形狀的薄壁構(gòu)件，隨后將薄壁構(gòu)件放入裝粉容器中。裝粉容器內(nèi)部空間便被薄壁構(gòu)件分隔成薄壁內(nèi)部a區(qū)域，及薄壁構(gòu)件與裝粉容器內(nèi)壁圍成的b區(qū)域。在a區(qū)域填入A粉末，在b區(qū)域填入B粉末，隨后拔出薄壁構(gòu)件，A粉末便以a區(qū)域形狀分布。對(duì)粉末進(jìn)行固化處理后，進(jìn)行擠壓等塑性變形處理，可以進(jìn)一步細(xì)化結(jié)構(gòu)，從而制備出具有特定構(gòu)型的復(fù)合材料。此方法只要求原材料可制備成粉末狀態(tài)并具有適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)性，為制備具有構(gòu)型的復(fù)合材料提供了開創(chuàng)性思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域，涉及一種用于制備構(gòu)型復(fù)合材料的限域填粉法；尤其涉及一種通過控制原料粉末分布的限域填粉法實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料成分分布控制的方法。

背景技術(shù)

大自然是最好的老師，從生物角度而言，經(jīng)過漫長(zhǎng)的自然選擇，生物進(jìn)化出了各具特色的組織。研究表明，某些生物組織材料如竹子、貝殼、骨等，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，其內(nèi)部特殊的構(gòu)造對(duì)此起著至關(guān)重要的作用(圖2)。其中，關(guān)于貝殼結(jié)構(gòu)的研究表明，貝殼主要由片狀碳酸鈣晶粒，外加少量蛋白質(zhì)，微觀上形成復(fù)雜精細(xì)的磚砌結(jié)構(gòu)，這極大提高了貝殼的斷裂韌性，其斷裂功大大超出了人造復(fù)合材料。貝殼這種生物復(fù)合材料結(jié)合了碳酸鈣硬度較高，蛋白質(zhì)韌性好的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了脆性無(wú)機(jī)材料的韌化。而典型的竹壁結(jié)構(gòu)包含有薄壁細(xì)胞，起到傳遞載荷和緩沖作用，纖維結(jié)構(gòu)則起主要承載作用。對(duì)竹材的力學(xué)性能研究表明，竹桿的平均斷裂韌性值高于鋁合金的斷裂韌性，且其決定性因素為纖維的體積分?jǐn)?shù)。諸如貝殼、竹等生物材料對(duì)于新型高性能材料的制備具有重要的借鑒意義，其帶來的啟發(fā)是，對(duì)材料進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)其強(qiáng)韌化的可選途徑。

通過對(duì)現(xiàn)有專利文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，專利CN104726730A提供了一種制備層狀結(jié)構(gòu)鈦基復(fù)合材料的方法；采用粉末冶金工藝制備Ti-(TiB+La2O3)/Ti復(fù)合材料，先按照增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)折算所需原料粉末，將粉末球磨混合后，得到混合粉體；另取Ti粉，將所述鈦粉和混合粉末在模具中交替疊層鋪設(shè)后，進(jìn)行冷壓成型，得到層狀預(yù)置體；將所述層狀結(jié)構(gòu)預(yù)制體在真空下進(jìn)行高溫致密化燒結(jié)。冷卻后，采用多道次高溫軋制進(jìn)一步提高層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的相對(duì)密度，細(xì)化晶粒并改善增強(qiáng)體分布，同時(shí)顯著減小層厚。然而，專利CN104726730A介紹的疊層鋪粉過程，層結(jié)構(gòu)尺寸受人為因素干擾較大，并不穩(wěn)定、精確；其次層數(shù)較大時(shí)(例如大于100)，耗時(shí)耗力，效率不高；最后該專利僅可用于制備層狀這類較簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，對(duì)于環(huán)狀、纖維狀等其他復(fù)雜構(gòu)型的復(fù)合材料無(wú)能為力。本發(fā)明在此基礎(chǔ)之上提出一種可快速制備各種構(gòu)型復(fù)合材料的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于提供一種用于制備具有構(gòu)型的復(fù)合材料的方法，旨在通過采用上下連通的薄壁構(gòu)件，將裝粉容器內(nèi)部空間分隔成不同區(qū)域，在不同區(qū)域填充不同粉末，隨后拔出薄壁構(gòu)件，使得粉末呈特定分布，固化加工并進(jìn)行擠壓等塑性變形加工后，可以獲得具有構(gòu)型的復(fù)合材料。

本發(fā)明的上述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征實(shí)現(xiàn)，從屬權(quán)利要求以另選或有利的方式發(fā)展獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征。

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供了一種用于制備構(gòu)型復(fù)合材料的方法，所述方法包括如下步驟：

S1、根據(jù)所設(shè)計(jì)復(fù)合材料的構(gòu)型制備出相應(yīng)形狀的薄壁構(gòu)件；

S2、將薄壁構(gòu)件置于裝粉容器中，裝粉容器內(nèi)部空間被薄壁構(gòu)件分隔成薄壁內(nèi)部區(qū)域，及薄壁構(gòu)件與裝粉容器內(nèi)壁圍成的外區(qū)域；

S3、采用具有適當(dāng)流動(dòng)性的原料粉末，在薄壁內(nèi)部區(qū)域和外區(qū)域分別填入不同的原料粉末；

S4、拔出薄壁構(gòu)件，薄壁內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的原料粉末便以該區(qū)域形狀分布；

S5、將粉末進(jìn)行固化。

作為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，所述薄壁構(gòu)件是上下連通的。所述薄壁構(gòu)件內(nèi)壁可以是平直的、也可以是彎曲的。