CN102390137A

CN102390137A - 高强度轻型复合板及制备方法

Info

Publication number: CN102390137A
Application number: CN2011102743823A
Authority: CN
Inventors: 刘学杰; 孙士阳; 杨运高
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2012-03-28

Abstract

本发明涉及一种高强度轻型复合板及制备方法，属于复合板材领域。本发明在铝箔上沉积氮化钛薄膜，在氮化钛薄膜上沉积钛硅氮薄膜，再在钛硅氮薄膜上沉积氮化钛薄膜，形成基本复合板。本发明采用质轻、质软的金属铝箔作为软层，用高硬度钛硅氮薄膜作为硬层。为增加层与层的结合性能，同时避免因硬度突变而引起的脱层，在铝箔与钛硅氮薄膜间加入氮化钛薄膜。具体工艺上，是在一定的温度，速率及特定的沉积频次下，采用表面沉积方法制备得到的。同时为了适应不同工况，可由多个基本复合板黏合成多层铝/氮化钛/钛硅氮复合板，以达到预期的轻型、低耗、优质性能复合板材的目的，即提供一种抗冲击性强，比模量大，易吸收较高频率载荷的高强度轻型复合板。

Description

高强度轻型复合板及制备方法

技术领域

本发明涉及一种高强度轻型复合板及制备方法，属于复合板材领域。

背景技术

目前，复合板研究多集中于双金属片、涂覆金属、夹层玻璃、层间混杂复合材料。在各自的使用领域内都有着突出的表现，但其抗冲击性、比模量都不太理想。传统的氮化钛薄膜具有硬度高、耐磨、耐腐蚀及其他优良的机械性能，在刀具、工具磨具等的表面防护上已经有了广泛的应用，但仍无法满足工业对硬度和耐高温性能的更高要求。钛硅氮纳米复合薄膜自研制开发出来以后，以其超高硬度、优良的热稳定性，在超硬领域，被人们寄予很高的期望，然而，钛硅氮纳米复合薄膜的工业应用情况并不理想。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗冲击性强，比模量大，可以吸收较高频率载荷的高强度轻型复合板及制备方法。

技术解决方案：

本发明高强度轻型复合板，包括：铝箔，在铝箔上沉积氮化钛薄膜，在氮化钛薄膜上沉积钛硅氮薄膜，再在钛硅氮薄膜上沉积氮化钛薄膜，形成铝/氮化钛/钛硅氮/氮化钛基本复合板。

所述铝/氮化钛/钛硅氮/氮化钛基本复合板的厚度比为：(2.5～3.5)∶(0.8～1.2)∶(0.5～0.7)∶(0.8～1.2)。

高强度轻型复合板的制备方法，方法步骤如下：在铝箔上沉积氮化钛薄膜之前，首先对铝箔表面进行去除氧化层处理，然后将氮化钛薄膜沉积在铝箔上，再将钛硅氮薄膜沉积在氮化钛薄膜上，最后将氮化钛薄膜沉积在钛硅氮薄膜上，沉积温度约为250～310℃，沉积速度为0.3～0.6nm/s，当氮化钛薄膜的沉积厚度大于铝箔厚度的十分之一时，每沉积5～7分钟须有1～2分钟间歇，以松弛释放应力。

本发明摒弃了钛硅氮薄膜作为工具表面材料的思想，改作为结构材料来利用。本发明采用软硬层结合的方式，利用软层吸收高频载荷，抗冲击；利用硬层材料抵抗载荷，抗形变；结合软硬层合适的搭配，设计符合工程需要的高强度轻型复合板。

本发明以硬度较低、弹塑性较好的铝箔为软层，在复合板中起到吸收高频率载荷的作用，并且铝箔制备工艺成熟，层厚易控制。复合板的硬层选用钛硅氮纳米复合薄膜，用以抵抗材料的形变，起到支撑的作用。为增加层与层的结合性能，同时避免因硬度突变而引起的脱层，在铝箔与钛硅氮薄膜间加入氮化钛薄膜。另外，为便于构成不同层数的复合板，在钛硅氮薄膜外再增加一层氮化钛薄膜，即铝/氮化钛/钛硅氮/氮化钛，由此形成基本复合板。该复合板具有比模量大，且可以吸收较高频率载荷的特点，适用于各种复杂载荷的工况。

基本复合板的外表层是铝箔和氮化钛薄膜，外表铝箔为受载层，外表氮化钛薄膜为结合过渡层。

本发明的有益效果是，可以得到一种抗冲击性好、比模量大的轻型复合板，这种复合板制备工艺简单，使用范围广。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明双层基本复合板结构示意图；

图3为本发明多层基本复合板结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

参见图1，本发明包括：铝箔1，在铝箔1上沉积氮化钛薄膜2，在氮化钛薄膜2上沉积钛硅氮薄膜3，再在钛硅氮薄膜3上沉积氮化钛薄膜2，形成铝/氮化钛/钛硅氮/氮化钛基本复合板。

根据实际工况，铝箔1、氮化钛薄膜2、钛硅氮薄膜3的厚度分别为12.129微米、3.9微米、2.691微米，则此基本复合板厚度为22.62微米。

制备方法，在铝箔1基板上依次沉积氮化钛薄膜2、钛硅氮薄膜3、氮化钛薄膜2，其中铝箔1、氮化钛薄膜2、钛硅氮薄膜3和氮化钛薄膜的厚度分别为12.129微米、3.9微米、2.691微米、3.9微米，构成一组基本复合板。

以铝箔1为基板，在铝箔1沉积氮化钛薄膜2之前，首先对铝箔1进行表面处理，使铝箔1表面每平方毫米上有200～250个深度为0.3～0.5μm，直径为1.2～1.5μm的凹坑，并采用离子轰击方法去除表面氧化层；然后将氮化钛薄膜2沉积在铝箔1上，再将钛硅氮薄膜3沉积在氮化钛薄膜2上，最后将氮化钛薄膜2沉积在钛硅氮薄膜3上，沉积温度约为250～310℃，沉积速度为0.3～0.6nm/s，当氮化钛层的沉积厚度大于铝箔厚度的十分之一时，沉积5～7分钟，间歇1～2分钟后，再继续沉积；每沉积5～7分钟须有1～2分钟间歇，以松弛释放应力。

本发明图2、图3是本发明复合板多层的搭配顺序结构图，即由若干个基本复合板黏合而成的复合板。

在图2所示实施例中，制备的复合板为8层结构，两组基本复合板之间采用黏合的方式相结合。两组基本复合板的结合次序应该按照图2中所示，即第二块复合板的外表铝箔1与第一块复合板的外表氮化钛薄膜2相结合。

Claims

1.高强度轻型复合板，其特征在于，在铝箔(1)上沉积氮化钛薄膜(2)，在氮化钛薄膜(2)上沉积钛硅氮薄膜(3)，再在钛硅氮薄膜(3)上沉积氮化钛薄膜(2)，形成基本复合板。

2.根据权利要求1所述的高强度轻型复合板，其特征在于，所述基本复合板中的铝箔、氮化钛薄膜、钛硅氮薄膜、氮化钛薄膜的厚度比为：(2.5～3.5)∶(0.8～1.2)∶(0.5～0.7)∶(0.8～1.2)。

3.高强度轻型复合板的制备方法，其特征在于，方法步骤如下：在铝箔上沉积氮化钛薄膜之前，首先对铝箔表面进行去除氧化层处理；然后将氮化钛薄膜沉积在铝箔上，再将钛硅氮薄膜沉积在氮化钛薄膜上，最后将氮化钛薄膜沉积在钛硅氮薄膜上，沉积温度约为250～310℃，沉积率为0.3～0.6nm/s，当氮化钛薄膜的沉积厚度大于铝箔厚度的十分之一时，每沉积5～7分钟，间歇1～2分钟。