[发明专利]一种粒子增强轻质微点阵复合材料及其制备方法

说明书

轻质微点阵材料(密度ρ≤1000mg/cm³)具有质量轻、力学强度高的特性，其吸声、吸热、减震等性能，在航空、航天、建筑等领域具有较大需求。本发明涉及一种采用粒子增强轻质微点阵复合材料的制备方法，所述方法包括两个步骤：(1)采用快速成型技术制备所设计结构的三维微点阵聚合物模板；(2)采用化学复合镀的方法在微点阵聚合物模板表面沉积复合物薄膜。本发明制得微点阵复合材料，具有低密度、高强度、耐高温、优越的光、电、热、耐磨等性能，是一种多功能的轻质点阵材料。此工作渴望为轻质高强工程材料提供有价值的参考。

技术领域

本发明涉及一种采用粒子增强轻质微点阵复合材料及其制备方法。

背景技术

大力推进材料和装备的轻量化、减量化是实现节能减排、加快建设节约型社会的关键措施，是新世纪工程科技的发展方向。大至海洋平台、大飞机机身和动车组车体，再到日常生活中的车辆，乃至小电子散热器件等，轻量化和多功能化均成为其发展中重要一环。在现有的材料和结构基础上进一步减轻重量并获得更优良的综合性能如力学强度高、散热性能好、动力学性能和隔振、隔声性能可调等多功能是材料发展的挑战，也是材料发展的趋势。

轻质多孔材料是一类性能优异的轻质多功能材料，在各个领域都具有广泛应用。目前轻质多孔材料主要有蜂窝材料、泡沫金属材料、点阵材料，这些材料具有低密度、高比强/比刚度、高强韧、高能量吸收等优良机械性能,以及减震、吸声、隔热、隔音、电磁屏蔽、耐热防腐等特殊性质,是性能优异的结构功能一体化材料，其中点阵材料是近年来迅速发展而出现的一类新颖材料，兼具功能和结构双重作用。

微点阵材料是一种模拟分子点阵构型制造出的一种有序超轻多孔材料。点阵材料是由结点和结点间连接杆件单元组成的周期性结构材料。它的特点在于细观构型均为二维或三维网架体系,网架中的空隙没有用来承载的填充物。采用这种设计不仅节省了大量的质量,还提高了比刚度和比强度,在同等重量下点阵材料比无序微结构金属泡沫具有更好的力学性能，网架间的空隙能够执行储油、配置电池等功能化要求:材料的多孔特点满足了进行对流换热的要求，网架独特的伸展性能使得其促动、制动和阻尼振动的研究大有发展空间。同时,它也具有良好的降低噪音、屏蔽电磁辐射、抗冲击和碰撞吸能等能力。

化学镀也称自催化镀，是指在没有外加电流通过的情况下，利用还原剂将溶液中的金属离子，在呈催化活性的物体表面进行有选择的还原沉积，使之形成金属镀层。化学复合镀是在普通化学镀基础上通过在镀液中添加惰性颗粒，使之与基质合金共沉积，从而获得功能复合镀层的一种表面处理方法。现有的化学复合镀大多是在化学镀Ni-P过程中掺杂功能性粒子来得到复合材料，大多是在二维结构做研究，没有在立体点阵的情况下对其进行探索，而模板法可以实现在三维有序的结构中实现化学复合镀。

粒子增强复合材料点阵结构的发展是一个渐变的过程，它相对于金属点阵材料有更高的比强度和比刚度，而且可设计性优点更加明显，复合材料点阵结构的发展取得了重要的进展。

相关现有技术包括热压模具一体成型工艺，其具体包括：

将复合材料预浸料卷成一定直径的预浸料圆杆；

将预浸料圆杆置于模具中，圆杆上下两端预埋在面板中；

放到热压机中加温、加压、固化成型后，脱模即可得到点阵结构。

该现有技术的优点是采用一体化成型工艺能明显提高点阵结构面芯间的连接强度，不需要面芯间的粘接。然而，热压模具一体化成型工艺也存在以下缺点：

(1)人工操作过程太多，不易实现批量化；

(2)工艺流程复杂，容易导致缺陷；

(3)成型压力不易控制，易造成圆杆劈裂。

发明内容