[发明专利]一种多尺度增强低/负热膨胀镁基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种多尺度增强低/负热膨胀镁基复合材料，其特征在于，包括：

基体材料，基体材料为镁合金；

增强体，增强体为多尺度2.5D层合结构，包括连续纤维层、负膨胀颗粒层和Z向穿刺增强纤维，连续纤维层与负膨胀颗粒层交替分布，增强体的上表层与下表层为连续纤维层，并且负膨胀颗粒均匀分布在连续纤维层间和束间，Z向穿刺纤维束沿Z向穿刺加固连续纤维层和负膨胀颗粒层；

所述的连续纤维层选用碳纤维或石墨纤维制备，负膨胀颗粒层选用微米级或纳米级负膨胀颗粒；负膨胀颗粒层选用钨酸锆；

所述的连续纤维体积分数为总体积的30-50％，负膨胀颗粒体积分数为总体积的1-20％，Z向穿刺纤维体积分数为总体积的1-5％，基体合金体积分数为总体积的30-50％。

2.根据权利要求1所述的多尺度增强低/负热膨胀镁基复合材料，其特征在于，所述的Z向穿刺纤维束直径不大于连续纤维层中的纤维束直径，并且Z向穿刺纤维束的间距不小于10倍的连续纤维层中的纤维束直径、不大于50倍的连续纤维层中的纤维束直径。

3.根据权利要求1所述的多尺度增强低/负热膨胀镁基复合材料，其特征在于，所述的连续纤维层的铺层方式为单向铺层或正交铺层。

4.如权利要求1至3任意一项所述的多尺度增强低/负热膨胀镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在惰性气体保护下将基体材料加热至高于其液相线温度10-50℃，使其熔融；

2)在惰性气体保护下将增强体加热至基体材料液相线温度进行预热；

3)采用压力浸渗法将熔融态基体材料浸渗入增强体中，浸渗压力保持20-60MPa；

4)浸渗完成后保持压力直至复合材料温度降低至基体材料固相线温度以下5-10℃；

5)待温度降低至室温后，取出复合材料，得到多尺度增强低/负热膨胀镁基复合材料。

5.根据权利要求4所述的多尺度增强低/负热膨胀镁基复合材料的制备方法，其特征在于，基体材料为AZ91D镁合金，固相线为470℃，液相线为595℃。

6.根据权利要求4所述的多尺度增强低/负热膨胀镁基复合材料的制备方法，其特征在于，增强体的制备方法包括以下步骤：

1)将单层纤维无纬布或单层纤维织物平铺，用于制作连续纤维层；

2)将定量的负膨胀颗粒均匀的分布在单层纤维无纬布或纤维织物的表面和内部；

3)按照所需的铺层方式将步骤2)所制备的带有负膨胀颗粒的单层纤维无纬布或单层纤维织物制备成所需的层合预制体，并用穿刺纤维束进行Z向穿刺加固；

4)将制备好的层合预制体放入蒸馏水中，超声处理，使负膨胀颗粒更加均匀的分布在单层纤维织物的层间和纤维束间，超声完毕后将预制体取出烘干，得到增强体。