CN105132771A - 一种泡沫镁/陶瓷复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泡沫镁/陶瓷复合材料，由以下重量份数的原料制成：镁粉48~60份、镁合金粉25~40份、纳米陶瓷粉20~38份、环氧树脂4~15份、白云石粉5~15份、碳化硅4~15份、桔梗粉3~12份、碳纳米管2~10份、羧甲基纤维素钠3~14份和硅藻土2~8份。本发明还公开了所述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料的制备方法。本发明所制备的泡沫镁基复合材料，在保持良好孔隙率的情况下，具有良好的抗冲击韧性和较佳的抗拉强度，可扩大该复合材料的应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料领域，特别涉及一种泡沫镁/陶瓷复合材料及其制备方法。
背景技术
多孔金属材料是一种性能优异的新型功能材料和结构材料，具有独特的结构和性能。多孔金属材料有多种，如：泡沫铝、泡沫镁、泡沫镍、泡沫铜等，其中泡沫铝的研究最多。相比于泡沫铝，泡沫镁的密度更小，具有更高的比强度和比刚度，因此泡沫镁有可能取代部分泡沫铝的应用，以进一步发其轻质的优点。此外，泡沫镁具有密度小、吸收冲击能力强、阻尼减震、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高和生物相容性等特性，使其在当今的材料领域具有广阔的应用前景，是很有开发前途的工程和生医材料，特别是在交通运输工业、航天事业、建筑结构工业和生物医学领域等方面。然而，目前所制备的泡沫镁材料存在韧性及耐蚀性能差的缺点，极大地限制了泡沫镁材料的应用。
发明内容
要解决的技术问题是：为了解决上述问题的中的至少一种，提供一种泡沫镁/陶瓷复合材料及其制备方法。
技术方案：为了解决上述问题，本发明提供了一种泡沫镁/陶瓷复合材料，由以下重量份数的原料制成：镁粉48~60份、镁合金粉25~40份、纳米陶瓷粉20~38份、环氧树脂4~15份、白云石粉5~15份、碳化硅4~15份、桔梗粉3~12份、碳纳米管2~10份、羧甲基纤维素钠3~14份和硅藻土2~8份。
优选的，所述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料，由以下重量份数的原料制成：镁粉54份、镁合金粉35份、纳米陶瓷粉28份、环氧树脂11份、白云石粉8份、碳化硅10份、桔梗粉5份、碳纳米管3份、羧甲基纤维素钠6份和硅藻土4份。
优选的，所述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料，由以下重量份数的原料制成：镁粉50份、镁合金粉38份、纳米陶瓷粉32份、环氧树脂7份、白云石粉10份、碳化硅6份、桔梗粉8份、碳纳米管5份、羧甲基纤维素钠7份和硅藻土3份。
优选的，所述镁合金粉为AZ31镁合金粉或AM50A镁合金粉。
优选的，所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，所述碳纳米管的长度为2~5um。
优选的，所述纳米陶瓷粉为氧化铝、氧化锆或氮化硅中的至少一种。
一种所述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取一定质量的原料：镁粉、镁合金粉、纳米陶瓷粉、白云石粉、碳化硅、桔梗粉、碳纳米管和硅藻土；
（2）将步骤（1）中的原料投入到球磨机中，球磨混合6h；
（3）将步骤（2）中混合均匀的物料装入模具中，将模具放入加热炉中，加热至400℃，预热1h；再于100~250MPa压力下，600~750℃温度下烧结1~3h；
（4）将步骤（3）中经烧结后自然冷却至80℃，得到半成品，备用；
（5）将环氧树脂和羧甲基纤维素钠混合均匀，于70℃下预热1h，备用；
（6）将步骤（5）中预热的环氧树脂浇注到步骤（3）中半成品上，并将模具置于90℃水浴中保温5h，退模，并于50~80℃下干燥8~24h，冷却至室温，即可。
优选的，所述步骤（3）中所述的烧结压力为150MPa，烧结温度为700℃，烧结时间为2.5h。
本发明具有以下有益效果：本发明所制备的泡沫镁基复合材料，在保持良好孔隙率的情况下，其冲击强度为18.4~24.2KJ/m2，因而所制备的泡沫镁基复合材料具有良好的抗冲击韧性，可扩大该复合材料的应用领域。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
一种泡沫镁/陶瓷复合材料，由以下重量份数的原料制成：镁粉48份、AZ31镁合金粉25份、纳米氧化铝陶瓷粉20份、环氧树脂4份、白云石粉5份、碳化硅4份、桔梗粉3份、碳纳米管2份、羧甲基纤维素钠3份和硅藻土2份。
其中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，所述碳纳米管的长度为2~5um。
制备上述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取一定质量的原料：镁粉、AZ31镁合金粉、纳米陶瓷粉、白云石粉、碳化硅、桔梗粉、碳纳米管和硅藻土；
（2）将步骤（1）中的原料投入到球磨机中，球磨混合6h；
（3）将步骤（2）中混合均匀的物料装入模具中，将模具放入加热炉中，加热至400℃，预热1h；再于100MPa压力下，600℃温度下烧结1h；
（4）将步骤（3）中经烧结后自然冷却至80℃，得到半成品，备用；
（5）将环氧树脂和羧甲基纤维素钠混合均匀，于70℃下预热1h，备用；
（6）将步骤（5）中预热的环氧树脂浇注到步骤（3）中半成品上，并将模具置于90℃水浴中保温5h，退模，并于50℃下干燥24h，冷却至室温，即可。
实施例2
一种泡沫镁/陶瓷复合材料，由以下重量份数的原料制成：镁粉60份、AM50A镁合金粉40份、纳米氧化锆陶瓷粉38份、环氧树脂15份、白云石粉15份、碳化硅15份、桔梗粉12份、碳纳米管10份、羧甲基纤维素钠14份和硅藻土8份。
其中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管，所述碳纳米管的长度为2~5um。
制备上述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取一定质量的原料：镁粉、AM50A镁合金粉、纳米陶瓷粉、白云石粉、碳化硅、桔梗粉、碳纳米管和硅藻土；
（2）将步骤（1）中的原料投入到球磨机中，球磨混合6h；
（3）将步骤（2）中混合均匀的物料装入模具中，将模具放入加热炉中，加热至400℃，预热1h；再于250MPa压力下，750℃温度下烧结3h；
（4）将步骤（3）中经烧结后自然冷却至80℃，得到半成品，备用；
（5）将环氧树脂和羧甲基纤维素钠混合均匀，于70℃下预热1h，备用；
（6）将步骤（5）中预热的环氧树脂浇注到步骤（3）中半成品上，并将模具置于90℃水浴中保温5h，退模，并于80℃下干燥8h，冷却至室温，即可。
实施例3
一种泡沫镁/陶瓷复合材料，由以下重量份数的原料制成：镁粉54份、AZ31镁合金粉32份、纳米氮化硅陶瓷粉29份、环氧树脂9份、白云石粉10份、碳化硅9份、桔梗粉7份、碳纳米管6份、羧甲基纤维素钠8份和硅藻土5份。
其中，所述碳纳米管多壁碳纳米管，所述碳纳米管的长度为2~5um。
制备上述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取一定质量的原料：镁粉、AZ31镁合金粉、纳米陶瓷粉、白云石粉、碳化硅、桔梗粉、碳纳米管和硅藻土；
（2）将步骤（1）中的原料投入到球磨机中，球磨混合6h；
（3）将步骤（2）中混合均匀的物料装入模具中，将模具放入加热炉中，加热至400℃，预热1h；再于175MPa压力下，680℃温度下烧结2h；
（4）将步骤（3）中经烧结后自然冷却至80℃，得到半成品，备用；
（5）将环氧树脂和羧甲基纤维素钠混合均匀，于70℃下预热1h，备用；
（6）将步骤（5）中预热的环氧树脂浇注到步骤（3）中半成品上，并将模具置于90℃水浴中保温5h，退模，并于65℃下干燥16h，冷却至室温，即可。
实施例4
一种泡沫镁/陶瓷复合材料，由以下重量份数的原料制成：镁粉54份、AM50A镁合金粉35份、纳米陶瓷粉28份、环氧树脂11份、白云石粉8份、碳化硅10份、桔梗粉5份、碳纳米管3份、羧甲基纤维素钠6份和硅藻土4份。
其中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，所述碳纳米管的长度为2~5um。所述纳米陶瓷粉为氧化锆和氮化硅的混合物，且氧化锆和氮化硅的质量比为2:5。
制备上述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取一定质量的原料：镁粉、AM50A镁合金粉、纳米陶瓷粉、白云石粉、碳化硅、桔梗粉、碳纳米管和硅藻土；
（2）将步骤（1）中的原料投入到球磨机中，球磨混合6h；
（3）将步骤（2）中混合均匀的物料装入模具中，将模具放入加热炉中，加热至400℃，预热1h；再于150MPa压力下，700℃温度下烧结2.5h；
（4）将步骤（3）中经烧结后自然冷却至80℃，得到半成品，备用；
（5）将环氧树脂和羧甲基纤维素钠混合均匀，于70℃下预热1h，备用；
（6）将步骤（5）中预热的环氧树脂浇注到步骤（3）中半成品上，并将模具置于90℃水浴中保温5h，退模，并于55℃下干燥20h，冷却至室温，即可。
实施例5
一种泡沫镁/陶瓷复合材料，由以下重量份数的原料制成：镁粉50份、AZ31镁合金粉38份、纳米陶瓷粉32份、环氧树脂7份、白云石粉10份、碳化硅6份、桔梗粉8份、碳纳米管5份、羧甲基纤维素钠7份和硅藻土3份。
其中，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，所述碳纳米管的长度为2~5um。所述纳米陶瓷粉为氧化铝和氧化锆的混合，且氧化铝和氧化锆的质量比为2:3。
制备上述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）称取一定质量的原料：镁粉、AZ31镁合金粉、纳米陶瓷粉、白云石粉、碳化硅、桔梗粉、碳纳米管和硅藻土；
（2）将步骤（1）中的原料投入到球磨机中，球磨混合6h；
（3）将步骤（2）中混合均匀的物料装入模具中，将模具放入加热炉中，加热至400℃，预热1h；再于180MPa压力下，680℃温度下烧结3h；
（4）将步骤（3）中经烧结后自然冷却至80℃，得到半成品，备用；
（5）将环氧树脂和羧甲基纤维素钠混合均匀，于70℃下预热1h，备用；
（6）将步骤（5）中预热的环氧树脂浇注到步骤（3）中半成品上，并将模具置于90℃水浴中保温5h，退模，并于70℃下干燥10h，冷却至室温，即可。
对比例1
本对比例在实施例4的基础上，去掉纳米陶瓷粉，其它原料和制备条件保持不变。根据实施例4的制备步骤制备出泡沫镁基复合材料。
对比例2
本对比例在实施例4的基础上，去掉碳化硅、碳纳米管、羧甲基纤维素钠和硅藻土，其它原料和制备条件保持不变，根据实施例4的制备步骤制备出泡沫镁基复合材料。
下面为上述各实施例和对比例所制备的泡沫镁基复合材料在室温下的力学性能测试和孔隙率测试，具体的测试结果详见下表：
由上表对比分析可知，本发明所制备的泡沫镁基复合材料，在保持良好孔隙率的情况下，具有优异的冲击强度和拉伸。其中，实施例4和实施例5所制备的泡沫镁复合材料拥有最佳的冲击强度，并也保持良好的拉伸强度，两者的综合力学性能良好。对比两个对比例，可知原料中的纳米陶瓷粉、碳化硅、碳纳米管、羧甲基纤维素钠和硅藻土均对复合材料的冲击韧性起到重要作用。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但这些只是对本发明设计思路的简单描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路的组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种泡沫镁/陶瓷复合材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：镁粉48~60份、镁合金粉25~40份、纳米陶瓷粉20~38份、环氧树脂4~15份、白云石粉5~15份、碳化硅4~15份、桔梗粉3~12份、碳纳米管2~10份、羧甲基纤维素钠3~14份和硅藻土2~8份。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：镁粉54份、镁合金粉35份、纳米陶瓷粉28份、环氧树脂11份、白云石粉8份、碳化硅10份、桔梗粉5份、碳纳米管3份、羧甲基纤维素钠6份和硅藻土4份。
3.根据权利要求1所述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料，其特征在于：由以下重量份数的原料制成：镁粉50份、镁合金粉38份、纳米陶瓷粉32份、环氧树脂7份、白云石粉10份、碳化硅6份、桔梗粉8份、碳纳米管5份、羧甲基纤维素钠7份和硅藻土3份。
4.根据权利要求1所述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料，其特征在于：所述镁合金粉为AZ31镁合金粉或AM50A镁合金粉。
5.根据权利要求1所述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料，其特征在于：所述碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，所述碳纳米管的长度为2~5um。
6.根据权利要求1所述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料，其特征在于：所述纳米陶瓷粉为氧化铝、氧化锆或氮化硅中的至少一种。
7.一种如权利要求1~6任一项所述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）称取一定质量的原料：镁粉、镁合金粉、纳米陶瓷粉、白云石粉、碳化硅、桔梗粉、碳纳米管和硅藻土；
（2）将步骤（1）中的原料投入到球磨机中，球磨混合6h；
（3）将步骤（2）中混合均匀的物料装入模具中，将模具放入加热炉中，加热至400℃，预热1h；再于100~250MPa压力下，600~750℃温度下烧结1~3h；
（4）将步骤（3）中经烧结后自然冷却至80℃，得到半成品，备用；
（5）将环氧树脂和羧甲基纤维素钠混合均匀，于70℃下预热1h，备用；
（6）将步骤（5）中预热的环氧树脂浇注到步骤（3）中半成品上，并将模具置于90℃水浴中保温5h，退模，并于50~80℃下干燥8~24h，冷却至室温，即可。
8.根据权利要求1所述的一种泡沫镁/陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中所述的烧结压力为150MPa，烧结温度为700℃，烧结时间为2.5h。
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