[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有效

专利信息
申请号: 201811251541.6 申请日: 2018-10-25
公开(公告)号: CN109112442B 公开(公告)日: 2021-02-26
发明(设计)人: 鞠录岩;马玉钦;梁军浩;张建兵 申请(专利权)人: 西安石油大学
主分类号: C22C49/04 分类号: C22C49/04;C22C47/06;C22C47/12;C22C101/00
代理公司: 西安通大专利代理有限责任公司 61200 代理人: 徐文权
地址: 710065 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 尺度 增强 热膨胀 复合材料 及其 制备 方法
【说明书】:

本发明公开了一种多尺度增强低/负热膨胀镁基复合材料及其制备方法,复合材料包括: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。该复合材料能有效克服传统结构材料在服役过程中因“热胀冷缩”带来的不利影响。

技术领域

本发明涉及复合材料制备领域,特别涉及一种多尺度增强低/负热膨胀镁基复合材料及其制备方法。

背景技术

绝大多数传统的结构材料均为正热膨胀系数材料,在温度变化时会发生的几何尺寸变化,出现“热胀冷缩”现象,因热变形而破坏结构原有精度的现象在工程领域广泛存在,造成了不可估量得损失。复合材料是由两种或两种以上不同材料复合而成的多相材料,可以利用不同材料迥异的性能特点进行一定的材料配比及细观微结构设计,实现低/负热膨胀的同时兼具轻量化、高力学性能的优点。

目前,关于低/负热膨胀复合材料的研究以单一尺度增强树脂基复合材料和碳基、陶瓷基复合材料为主,并有少量的金属基复合材料,关于多尺度增强低/负热膨胀镁基复合材料未见报道。

经文献检索发现,中国专利申请号:201610704729.6,发明名称:“一种室温低热膨胀环氧树脂材料及其制备方法”,在环氧树脂中加入GaNMn3微纳米粉体,制备出了在常温附近具有较低甚至零热膨胀系数的树脂基复合材料。中国专利申请号:200710111662.6,发明名称:“一种高强度、低热膨胀的A1N纳米线/Al复合材料”,在纯度大于95%的A1N纳米线的基础上,采用过铝熔点热压的办法制备出高致密度A1N纳米线/Al复合材料。上述两种方法采用的第二相为GaNMn3微纳米粉体和A1N纳米线,均为纳米级的非连续的颗粒/线体,对基体材料的热膨胀和力学性能调控能力有限。

文献“宋美慧,宋坚,陈国钦,等.2D Cf/Mg-2.0Re-0.2Zr复合材料的尺寸稳定性[J].金属学报,2009,01:119-123.”,采用压力浸渗法制备了碳纤维织物及单向碳纤维增强镁基复合材料,热膨胀系数为1.83×10-6/℃。该方法成功制备出了低热膨胀镁基复合材料,但这种叠层复合材料为单一尺度增强体复合材料,纤维铺层之间存在一个合金层,两者之间会因热膨胀系数差异巨大出现层间开裂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种多尺度增强低/负热膨胀镁基复合材料及其制备方法,该复合材料能有效克服传统结构材料在服役过程中因“热胀冷缩”带来的不利影响。

为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:

一种多尺度增强低/负热膨胀镁基复合材料,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。

作为本发明进一步改进,所述的负膨胀颗粒层为微米级或纳米级负膨胀颗粒;增强体中连续纤维体积分数大于负膨胀颗粒体积分数。

作为本发明进一步改进,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。

作为本发明进一步改进,所述的连续纤维层选用碳纤维或石墨纤维制备,负膨胀颗粒层选用负膨胀颗粒。

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