CN102703742B - 一种基体为纳米叠层结构的金属基复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基体为纳米叠层结构的金属基复合材料及其制备方法，以表面包覆陶瓷薄膜的纳米片状金属粉末和微米陶瓷颗粒增强体为原料，制备颗粒增强金属基复合材料。本发明制备的金属基复合材料，其基体为金属/陶瓷交替的纳米叠层结构，具有高界面体积比，其中陶瓷层可以有效约束和保持变形微织构，提高位错存储和滑移能力，并可导致裂纹的偏转和钝化，从而发挥“结构韧化”效益；最终赋予金属基复合材料高强韧的力学性能。本发明简便易行，可实现大尺寸复合材料的宏量化制备，有助于推动金属基复合材料的工程化应用。

Description

一种基体为纳米叠层结构的金属基复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属基复合材料技术领域，具体是一种基体为纳米叠层结构的陶瓷颗粒增强金属基复合材料及其片状粉末冶金制备方法。

背景技术

颗粒增强金属基复合材料具有高的比强度、比模量以及高导热、低膨胀、高耐磨、中子吸收等功能，在航空、航天、汽车、机械、电子和核工业等领域得到了广泛的应用。但增强体的加入使金属基复合材料的塑韧性明显降低，呈现整体脆性，导致材料变形加工困难、制备成本高、服役安全性低等问题，严重地制约了其实际应用的进一步扩大。因此，改善颗粒增强金属基复合材料，尤其是中高体积分数陶瓷颗粒增强金属基复合材料的塑韧性，是金属基复合材料领域亟待解决的关键问题。造成颗粒增强金属基复合材料塑韧性低的主要因素包括以下两个方面：1)陶瓷颗粒增强体和金属基体之间存在热失配和模量失配，使基体处于高度的加工硬化状态，导致基体塑变能力降低、缺陷敏感性增加。2)在变形过程中，增强体对基体塑性变形有阻碍作用，易导致局部应力集中、裂纹萌生并在基体中迅速扩展。为此，许多科学家通过调控增强体使之在金属基体中呈现非均匀空间分布，从而将金属基复合材料的微观组织分隔为脆性区(富含增强体)和韧性区(不含增强体)，通过韧性区的变形及其对裂纹的偏转、钝化和吸收实现能量耗散，从而达到提高金属基复合材料韧性的目的。大体上，这一类方法可统称之为“韧性区韧化”，或者“结构韧化”方法，常见的结构形式有：同心环状结构、藕状多芯结构、层状结构和梯度结构等。

经过对现有技术文献的检索发现，文献“Laminated particulate-reinforcedaluminum composites with improved toughness”(韧性得到改善的分层结构颗粒增强铝基复合材料)(Acta Materialia.49(2001)405-417)采用粉末冶金工艺预先制备碳化硅颗粒增强7093铝合金复合材料薄板(SiC/7093，其中SiC体积含量为15％)，然后将之与3003铝合金薄板交替叠加热锻获得分层结构的SiC/7093-3003复合材料，其中SiC/7093和3003的层厚分别为1.4mm和200μm，SiC体积含量为12.9％，通过3003铝合金层的引入降低了复合材料中SiC/7093层的面外应力约束，有效的钝化和偏转复合材料内部产生的裂纹，使复合材料的韧性获得提高。其中，在欠时效状态下，SiC/7093-3003分层复合材料的韧性比SiC/7093复合材料提高了79％，证明了叠层结构可有效改善复合材料的韧性。但是，该方法存在两方面的缺陷：(1)增强体非均匀分布，牺牲材料的强度和塑性：由于增强体分布不均匀使韧性层(不含增强体)的强度低于脆性层(含增强体)，且二者变形能力差异也容易导致局部应力集中而提早破坏，因此所得分层结构复合材料的强度和塑性均有所降低；(2)制备工艺复杂、无法获得纳米叠层结构：先采用粉末冶金工艺制备颗粒增强金属基复合材料，然后再与纯金属或合金叠层复合，制备工艺复杂、成本高，且无法得到纳米尺度的叠层结构。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术的不足，提供一种基体为纳米叠层结构的金属基复合材料及其制备方法，该材料基体为纳米叠层结构、陶瓷颗粒增强体在基体中均匀分布。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的基体为纳米叠层结构的金属基复合材料，由等效粒径为1-200μm的微米陶瓷颗粒增强体和纳米叠层结构的金属基体组成，所述的金属基体由厚度为100-1000nm的金属层和厚度为0.5-100nm的陶瓷层交替叠加组成。

所述的纳米叠层结构的金属基体，由厚度为100-500nm的金属层和厚度为1-30nm的陶瓷层组成。

所述的纳米叠层结构的金属基体，其中的金属层为Al、Cu、Mg、Ti、Fe、Ni纯金属及其合金中的一至多种。

所述的纳米叠层结构的金属基体，其中的陶瓷层为金属氧化物、碳化物、氮化物、氮氧化物、碳氮化物、碳纳米管、石墨烯纳米片、碳纳米洋葱球、碳纳米片中的一至多种。

所述的微米陶瓷颗粒增强体为SiC、B₄C、TiC、TiB、TiB₂、AlN、TiN、Al₂O₃中的一至多种。

所述的微米陶瓷颗粒增强体，占整个复合材料的体积含量为5-50％。

本发明还提供上述金属基复合材料的制备方法，该方法采用“片状粉末冶金”技术方案，即以表面含有纳米陶瓷薄膜的纳米片状陶瓷/金属粉末和陶瓷颗粒增强体粉末为原材料，将二者均匀混合后进行粉末压坯、致密化处理即可得到基体为纳米叠层结构的颗粒增强金属基复合材料。本发明的制备方法完全基于粉末冶金工艺，简便易行，可以低成本、高效率地宏量化制备大块强度和塑韧性良好匹配的金属基复合材料，有利于推动金属基复合材料的工程化应用。

本发明所述制备方法包括以下步骤：

(1)对纳米片状金属粉末进行气氛热处理，使其与反应性气氛反应，在表面原位生成一层纳米陶瓷薄膜，获得纳米片状陶瓷/金属粉末；或者，将纳米片状金属粉末与纳米增强体进行料浆共混，在表面吸附一层纳米陶瓷薄膜，过滤、干燥后即获得纳米片状陶瓷/金属粉末；

(2)将纳米片状陶瓷/金属粉末与微米陶瓷颗粒增强体粉末混合，获得复合粉末；

(3)对复合粉末进行致密化处理，即得到基体为纳米叠层结构的颗粒增强金属基复合材料。

所述的纳米片状金属粉末是通过对原料金属粉末球磨得到的，厚度为100-1000nm，优选的情况下，厚度为100-500nm。

所述的原料金属粉末选自Al、Cu、Mg、Ti、Fe、Ni等及其合金中的一至多种，其形状可以是球形、椭球形、树枝状等，在优选的情况下选择雾化法制备的球形金属粉末。

所述的球磨为湿法球磨，通过加入某种溶剂改善对金属片状粉末的形状调控。其中溶剂选自乙醇、甲醇、溶剂油、水等溶剂中的一至多种。

所述的纳米陶瓷薄膜，厚度为0.5-100nm，优选的情况下，厚度为1-30nm。

所述的致密化处理为，先采用模压或等静压制备粉末压坯，然后再进行烧结、热压、热等静压、热挤压、热锻、热轧中的一至多种。

所述的反应性气氛为氧气、氮气、氨气、甲烷、乙炔、乙醇、空气、天然气中的一种，或者上述多种气体的混合气体，所述的纳米陶瓷薄膜，为金属氧化物、碳化物、氮化物、氮氧化物、碳氮化物。

所述的纳米增强体，选自碳纳米管、石墨烯纳米片、碳纳米洋葱球、碳纳米片中的一至多种。

所述的纳米片状金属粉末气氛热处理，为通过气-固反应在片状金属粉末表面生成厚度为0.5-100nm所述金属的氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物、氮氧化物等陶瓷薄膜。例如：片厚为500nm的片状铝粉置于温度为120℃的鼓风干燥箱中10小时，其表面反应生成一层厚度约为10nm的Al₂O₃陶瓷薄膜。

所述的料浆共混，是指通过物理或化学相互作用使纳米增强体均匀吸附于金属片状粉末表面。其中纳米增强体，选自碳纳米管、石墨烯纳米片、碳纳米洋葱球、碳纳米片等中的一至多种。

所述的陶瓷颗粒增强体选自碳化物、氮化物、硼化物和氧化物陶瓷，例如SiC、B₄C、TiC、TiB、TiB₂、AlN、TiN、Al₂O₃中的一至多种，等效粒径为1-200μm，在复合材料中的体积分数为5％-50％。

为了避免破坏片状粉末，采用能量低的混料机将纳米片状陶瓷/金属粉末和陶瓷颗粒增强体均匀混合，通过低转速、长时间混合提高复合粉末的均匀性。

所述的粉末压坯为冷压、温压、冷等静压中的一至多种。为了在后续工艺中达到除去吸附在粉末表面的气体和结晶水、达到致密的目的，冷压坯致密度一般保持在75％-85％之间。

所述的致密化工艺为烧结、热压、热等静压、热挤压、热锻、热轧中的一至多种，使最终复合材料致密度达到98％以上。

文献“Laminated particulate-reinforced aluminum composites with improvedtoughness”(韧性得到改善的分层结构颗粒增强铝基复合材料)(Acta Materialia.49(2001)405-417)中的“叠层韧化”技术，在复合材料中引入3003铝层，通过塑韧性好3003铝的变形，降低SiC/7093层的约束应力，进而偏转、钝化裂纹，赋予复合材料高的韧性，其结构如图6(a)所示，厚度约为1.4mm的SiC/7093层和厚度约为200μm的3003铝合金层交替分布，增强体在空间呈非均匀分布状态。由于低强度的3003铝层的引入使复合材料中总的增强体含量降低，并呈非均匀分布状态，降低了复合材料的强度；并且在变形过程中由于层间性能差异，易于产生变形不均匀和局部应力集中，导致材料提早断裂失效，表现为低的塑性。因此，该种增强体非均匀分布的“叠层韧化”技术是以牺牲材料的强度和塑性为代价的。

与上述“叠层结构”韧化方式相比，本发明避免了增强体分布不均匀造成脆性区和韧性区存在而牺牲强塑性，以及难以制备纳米叠层的不足，制备了微米增强体分布均匀、基体为纳米叠层结构的颗粒增强金属基复合材料，其结构如图6(b)所示微米陶瓷增强体均匀分布于纳米叠层基体中，其中基体由弥散的纳米陶瓷层和位于层间的纳米片状晶组成。在制备过程中，片状粉末和球状粉末相比径厚比大、松装密度小，利于粉末混合时增强体颗粒在复合粉末内部均匀分散从而获得增强体分布更加均匀的复合材料，有利于复合材料塑性的提高和加工变形。纳米叠层结构基体在提高基体强度的同时，可以发挥多种界面韧化机制(如：裂纹的偏转，裂纹的桥接，降低材料内部应力约束，延缓局部颈缩等)，提高复合材料对内部缺陷的容忍性，使复合材料的韧性获得提高；与此同时，纳米陶瓷层可有效约束和抑制基体在加工和变形过程中的回复，保持基体片状晶形变织构，提高位错存储和滑移能力，提高复合材料的应变硬化能力，使复合材料塑性变形能力获得提高。采用表面Al₂O₃薄膜厚度约为10nm的纳米片状Al₂O₃/Al粉末与陶瓷颗粒增强体复合获得的复合材料中，纳米Al₂O₃薄膜在基体中均匀交替弥散分布，可有效地钉扎位错，约束和抑制基体的回复，较好的保持基体片状晶形态，提高基体位错储存能力，从而赋予复合材料高的加工硬化能力，达成抑制材料变形不均匀而产生局部颈缩，提高复合材料的强塑性的目的；X射线衍射分析显示，采用气氛热处理片纳米状粉末制备的复合材料的位错密度(可达2×10¹⁵m^-2)是直接采用金属纳米片状粉末制备的复合材料位错密度(5×10¹⁴m^-2)的数倍。同时，裂纹在基体扩展过程中遇到硬相Al₂O₃则发生偏转，由于纳米Al₂O₃薄膜在基体中的“二维平面”分布，使裂纹扩展路径更加曲折，提高复合材料的缺陷容忍性，并最终使复合材料的韧性得到提高。

本发明上述技术方案中采用“片状粉末冶金”技术，避免文献“Laminatedparticulate-reinforced aluminum composites with improved toughness”(韧性得到改善的分层结构颗粒增强铝基复合材料)(Acta Materialia.49(2001)405-417)中提出粉末冶金和异质叠层热轧相结合的“叠层结构”复合材料制备方法，难以制备纳米尺度叠层、制备工艺复杂、制备的复合材料强度和塑性降低等缺点，本发明的制备方法完全基于粉末冶金工艺，简便易行，可以低成本、高效率地宏量化制备大块高强韧金属基复合材料，有利于推动陶瓷颗粒增强金属基复合材料的工程化应用。

附图说明

图1为本发明的复合材料示意图。

图2为本发明的复合材料制备工艺流程图。

图3为500nm厚片状铝粉形貌。

图4为500nm厚片状铝粉和B₄C(16vol.％)复合粉末冷压坯断口形貌。

图5为本发明制备的基体为纳米叠层结构的金属基复合材料微观组织。

图6为已有技术与本发明中复合材料结构对比示意图；其中图(a)为已有技术复合材料结，图(b)为本发明复合材料结构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施方案进一步描述：以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。图1所示复合材料结构示意图，图2所示复合材料制备工艺流程图，表1所示各实施例中的结构工艺参数。

实施例1

制备基体为三氧化二铝(Al₂O₃)/Al纳米叠层结构的金属基复合材料，其中含有16vol.％微米B₄C颗粒增强体。

如图2所示，为复合材料制备工艺流程图。

将中粒径为10μm的球形纯铝粉末通过球磨制备获得片厚约为500nm的片状铝粉，如图3所示。将制备的纳米片状粉末放入通有氩气的气氛炉中热解粉末表面的残留物(溶剂和助磨剂)，其中热解温度为380℃、热解时间为2h。将热解后的片状铝粉置于鼓风烘箱中，使其表面与空气中的氧原位合成一层厚度约为10nm的均匀致密的Al₂O₃薄膜，温度为120℃，时间为10小时(致密的Al₂O₃形成后可阻止铝和氧的进一步反应)获得纳米片状Al₂O₃/Al粉末。

将制备的纳米片状Al₂O₃/Al粉末和B₄C粉末(中粒径为6.7μm，16vol.％)放入罐磨机中，混合4h，获得复合粉末。把复合粉末放入

40mm的模具中冷压，加载压力400MPa获得致密度为80％左右的冷压坯，如图4所示冷压坯断口。把冷压坯放入气氛炉中，采用氩气保护，升温至500℃保温1h除气，再升温至620℃烧结2h获得烧结坯。最后将烧结坯放入真空挤压炉中，温度为420℃，以20∶1的挤压比挤出，即获得致密度为99％以上的基体为纳米叠层结构的B₄C(16vol.％)/Al复合材料，如图5所示复合材料组织照片。其弹性模量为100.8GPa，拉伸强度为345MPa，延伸率为8.9％，密度为2.68g/cm³。为比较理想的轻质结构材料。

实施例2

制备基体为氮化铝(AlN)/Al纳米叠层结构的金属基复合材料，其中含有32vol.％微米B₄C颗粒增强体。

片状铝粉的制备与实施例1相同。将热解后的片状铝粉置于通有N₂(99.9％)的气氛炉中进行热处理，使N₂与粉末表面金属原位合成一层均匀致密的AlN薄膜，热处理温度为500℃，时间为4小时(致密的AlN形成后可阻止铝和N₂的进一步反应)，最终获得片状AlN/Al粉末，TEM分析显示其表层的AlN薄膜厚度约为10nm。

B₄C增强体含量选为32vol.％，其工艺参数与实施例1相同。最终获得致密度为99％以上基体为纳米叠层结构的B₄C(32vol.％)/Al复合材料。其弹性模量为120GPa，拉伸强度为395MPa，延伸率为4.7％。为理想的具有中子吸收能力的结构材料。

实施例3

制备基体为碳纳米管(CNT)/6061Al纳米叠层结构的金属基复合材料，其中含有10vol.％微米B₄C颗粒增强体。

该实施例制备以和6061Al纳米叠层为基体微米B₄C增强体在其中均匀分布的B₄C/6061Al复合材料。片状金属粉末的制备与实施例1相似，原料金属粉末选用中粒径为10μm的球形6061合金铝粉并制备片厚约为500nm的片状6061Al粉末。

为了实现CNT在铝片表面的均匀牢固吸附，先采用表面改性和超声分散相结合的方法分别制备片状金属粉末料浆和CNT料浆。把CNT料浆和6061Al料浆通过磁力搅拌混合，CNT通过物理化学作用均匀牢固的吸附在片状6061Al粉末表面并获得纳米片状CNT/Al复合粉末，其中CNT层厚度约为30nm，控制CNT料浆的浓度使最终CNT吸附量约为1vol.％。

把获得的纳米片状CNT/Al复合粉末与10vol.％B₄C混合，其他工艺与实施例1相同。把获得的致密度为99％以上基体为纳米叠层结构的B₄C(10vol.％)/6061Al复合材料，经T6标准热处理后，其弹性模量为95GPa，拉伸强度为386MPa，延伸率为7％，密度为2.65g/cm³。

实施例4

制备基体为石墨烯纳米片(GNS)/Al纳米叠层结构的金属基复合材料，其中含有15vol.％微米SiC颗粒增强体。

该实施例制备以和Al纳米叠层为基体微米SiC增强体在其中均匀分布的SiC/Al复合材料。选用中粒径为12μm的SiC陶瓷颗粒作为增强体，体积含量为15％，GNS吸附量为1vol.％，其中GNS层厚度约为2nm，其他工艺参数与实施例3相同。最终获得致密度为99％以上的基体为纳米叠层结构的SiC(15vol.％)/Al复合材料。其弹性模量为98.7GPa，拉伸强度为340MPa，延伸率为8.23％。为典型的轻质耐磨材料。

实施例5

制备基体为(Al₂O₃/CNT)/Al纳米叠层结构的金属基复合材料，其中含有20vol.％微米Al₂O₃颗粒增强体。

选用中粒径为10μm的Al₂O₃陶瓷颗粒作为增强体，体积含量为20％，把实施例1所获得的纳米片状Al₂O₃/Al粉末，通过实施例3中的料浆法在其表面均匀吸附体积分数为0.5％的CNT，获得纳米片状(Al₂O₃/CNT)/Al粉末，陶瓷层厚度约为30nm，其他工艺参数与实施例1相同。最终获得致密度为99％以上的基体为纳米叠层结构的Al₂O₃(20vol.％)/Al复合材料。其弹性模量为106GPa，拉伸强度为365MPa，延伸率为6％。

实施例6

制备基体为氧化铜(CuO)/Cu纳米叠层结构的金属基复合材料，其中含有50vol.％微米SiC颗粒增强体。

把粒径为30μm的雾化球形纯铜粉末通过球磨制备获得片厚约为350nm的片状铜粉。将制备的片状粉末放入气氛炉中并通入流动的含氢量为10％的氢氩混合气作为保护气氛，热解粉末表面的残留物(溶剂和助磨剂)，热解温度为400℃，保温时间为4h。将热解后的片状铜粉置于鼓风烘箱中，使其表面与空气中的氧原位合成一层厚度约为10nm的均匀致密的CuO薄膜，温度为180℃，时间为20小时(致密的CuO薄膜形成后可阻止铜和氧的进一步反应)获得纳米片状CuO/Cu粉末。

将制备的纳米片状CuO/Cu粉末和SiC粉末(中粒径为90μm，体积分数为50％)放入罐磨机中，混合4h，获得复合粉末。把复合粉末放入

40mm的模具中，加载压力400MPa获得致密度为75％左右的冷压坯。把冷压坯放入气氛热压炉中，采用氩气保护，升温至500℃保温1h除气，再升温至900℃，加载压力100MPa热压烧结2h获得烧结坯，其致密度达到98％以上。即获得高导热、低膨胀、颗粒分布均匀、韧性良好的基体为纳米叠层结构的SiC(40vol.％)/Cu复合材料。

实施例7

制备基体为(CNT/Al)/(CNT/Cu)纳米叠层结构的金属基复合材料，其中含有10vol.％微米SiC颗粒增强体。

通过球磨的方法分别制备片厚为1000nm的片状Al粉和片厚为350nm的片状Cu粉；采用料浆共混的方法分别在粉末表面吸附体积分数为1.5％的CNT陶瓷层，获得纳米片状CNT/Al粉末和纳米片状CNT/Cu粉末，其中纳米片状CNT/Al粉末表面CNT陶瓷层厚度约为100nm，纳米片状CNT/Cu粉末表面CNT陶瓷层厚度约为30nm。选用中粒径为10μm的SiC陶瓷颗粒作为增强体，体积含量为10％与纳米片状CNT/Cu粉末，体积含量为20％和纳米片状CNT/Al粉末，体积含量为70％均匀混合，获得复合粉末，其他工艺参数与实施例1相同。最终获得致密度为99％以上的基体为纳米叠层结构的SiC(10vol.％)/(Al/Cu)复合材料。

实施例8

制备基体为Al₂O₃/Al纳米叠层结构的金属基复合材料，其中含有15vol.％微米B₄C颗粒增强体和15vol.％微米SiC颗粒增强体。

通过球磨的方法制备片厚约为200nm的片状Al粉，微米增强体选择中粒径均为12μm的B₄C和SiC陶瓷颗粒，体积分数均为15％，其他工艺参数与实施例1相同。最终获得致密度为99％以上的基体为纳米叠层结构的(B₄C(15vol.％)-SiC(15vol.％))/Al复合材料。

以上各实施例的结构工艺参数如表1所示。

表1各实施例的结构工艺参数

^*CNT：碳纳米管，GNS：石墨烯纳米片。

上述实施例为本发明的优选实施例，本发明还有其他的实施方式，比如所述的原料金属粉末可以使选自Al、Cu、Mg、Ti、Fe、Ni纯金属及其合金中的一至多种；所述陶瓷薄膜既可以是气氛热处理原位反应所生产的金属的氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物、氮氧化物等陶瓷薄膜一种或者多种；又可以是外加复合的纳米增强体碳纳米管、石墨烯纳米片、碳纳米洋葱球、碳纳米片等中的一至多种；变换这些条件或者实施过程中的参数条件，本发明都是可以实现的，这对于本领域的技术人员来说，是非常容易的。

本发明制备的复合材料，其基体具有陶瓷/金属交替的纳米叠层结构以及大量层间界面，可有效地对裂纹偏转和钝化达到耗散能量的目的，使复合材料的裂纹敏感性大大降低，从而使复合材料的韧性得到显著改善；由于陶瓷薄膜的约束作用，可有效的抑制复合复合材料加工和变形过程中晶粒的回复，保持基体金属片状晶变形织构，提高位错的存储和滑移能力，可有效防止局部应力集中，利于复合材料塑性的体会高；与此同时，由于不存在增强体含量不同的脆性区和韧性区，避免了因区域性能差异而导致的变形不均匀、强度和塑性降低。因此，本发明既发挥了叠层结构的“结构韧化”效益，又避免了现有的韧性区韧化因增强体分布不均匀而牺牲强度和塑性的缺陷。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (13)

1.一种基体为纳米叠层结构的金属基复合材料，其特征是，由等效粒径为1-200μm的微米陶瓷颗粒增强体和纳米叠层结构的金属基体组成，所述的金属基体由厚度为100-1000nm的金属层和厚度为0.5-100nm的陶瓷层交替叠加组成；所述的纳米叠层结构的金属基体，其中的金属层为Al、Cu纯金属及其合金中的一至多种。

2.根据权利要求1所述的基体为纳米叠层结构的金属基复合材料，其特征是，所述的纳米叠层结构的金属基体，由厚度为100-500nm的金属层和厚度为1-30nm的陶瓷层组成。

3.根据权利要求1或2所述的基体为纳米叠层结构的金属基复合材料，其特征是，所述的纳米叠层结构的金属基体，其中的陶瓷层为金属氧化物、碳化物、氮化物、氮氧化物、碳氮化物、碳纳米管、石墨烯纳米片、碳纳米洋葱球、碳纳米片中的一至多种。

4.根据权利要求1所述的基体为纳米叠层结构的金属基复合材料，其特征是，所述的微米陶瓷颗粒增强体，为SiC、B₄C、TiC、TiB、TiB₂、AlN、TiN、Al₂O₃中的一至多种。

5.根据权利要求1或4所述的基体为纳米叠层结构的金属基复合材料，其特征是，所述的微米陶瓷颗粒增强体，体积含量为5-50%。

6.一种如权利要求1-5所述的基体为纳米叠层结构的金属基复合材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）对纳米片状金属粉末进行气氛热处理，使其与反应性气氛反应，在表面原位生成一层纳米陶瓷薄膜，获得纳米片状陶瓷/金属粉末；所述的纳米片状金属粉末气氛热处理，为通过气-固反应在片状金属粉末表面生成厚度为0.5-100nm陶瓷薄膜，所述热处理温度为120℃，时间为10小时，或热处理温度为500℃，时间为4小时，或热处理温度为180℃，时间为20小时；

（2）将纳米片状陶瓷/金属粉末与微米陶瓷颗粒增强体粉末混合，放入罐磨机中，混合4h，获得复合粉末；

（3）对复合粉末进行致密化处理，即得到基体为纳米叠层结构的颗粒增强金属基复合材料；所述的致密化处理为：先采用模压或等静压制备粉末压坯，然后再进行烧结、热压、热等静压、热挤压、热锻、热轧中的一至多种。

7.一种如权利要求1-5所述的基体为纳米叠层结构的金属基复合材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

（1）将纳米片状金属粉末与纳米增强体进行料浆共混，在表面吸附一层纳米陶瓷薄膜，过滤、干燥后即获得纳米片状陶瓷/金属粉末；所述的料浆共混，是指通过物理或化学相互作用使纳米增强体均匀吸附于金属片状粉末表面；

（2）将纳米片状陶瓷/金属粉末与微米陶瓷颗粒增强体粉末混合，放入罐磨机中，混合4h，获得复合粉末；

（3）对复合粉末进行致密化处理，即得到基体为纳米叠层结构的颗粒增强金属基复合材料；所述的致密化处理为：先采用模压或等静压制备粉末压坯，然后再进行烧结、热压、热等静压、热挤压、热锻、热轧中的一至多种。

8.根据权利要求6或7所述的基体为纳米叠层结构的金属基复合材料的制备方法，其特征是，所述的纳米片状金属粉末是通过球磨得到的，厚度为100-1000nm。

9.根据权利要求8所述的基体为纳米叠层结构的金属基复合材料的制备方法，其特征是，所述的纳米片状金属粉末厚度为100-500nm。

10.根据权利要求6或7所述的基体为纳米叠层结构的金属基复合材料的制备方法，其特征是，所述的纳米陶瓷薄膜，厚度为0.5-100nm。

11.根据权利要求10所述的基体为纳米叠层结构的金属基复合材料的制备方法，其特征是，所述的纳米陶瓷薄膜，厚度为1-30nm。

12.根据权利要求6所述的基体为纳米叠层结构的金属基复合材料的制备方法，其特征是，所述的反应性气氛为氧气、氮气、氨气、甲烷、乙炔、乙醇、空气、天然气中的一种，或者上述多种气体的混合气体，所述的纳米陶瓷薄膜，为金属氧化物、碳化物、氮化物、氮氧化物、碳氮化物。

13.根据权利要求7所述的基体为纳米叠层结构的金属基复合材料的制备方法，其特征是，所述的纳米增强体，选自碳纳米管、石墨烯纳米片、碳纳米洋葱球、碳纳米片中的一至多种。

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