CN105385875B - 一种仿贝壳珍珠层的镁基复合材料的制备方法 - Google Patents
一种仿贝壳珍珠层的镁基复合材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105385875B CN105385875B CN201510878832.8A CN201510878832A CN105385875B CN 105385875 B CN105385875 B CN 105385875B CN 201510878832 A CN201510878832 A CN 201510878832A CN 105385875 B CN105385875 B CN 105385875B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- composite material
- magnesium
- imitative
- nacreous
- base composite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C23/00—Alloys based on magnesium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
- C22C32/0052—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides
- C22C32/0063—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides based on SiC
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
本发明为一种仿贝壳珍珠层的镁基复合材料的制备方法，能够制备出具有鲜明贝壳珍珠层结构的SiC颗粒增强镁基复合材料。本发明方法是以贝壳珍珠层微观结构为模型，采用定向冻融冰模板法和叠层热压工艺制备具有鲜明贝壳珍珠层微观结构特征的、组织结构可控的仿生SiCp/Mg复合材料。本发明提供了一种新型仿生金属基复合材料制备工艺，制备工艺路线独特、生产效率高，所制备的仿贝壳珍珠层结构镁基复合材料与传统的镁基复合材料相比，不仅具有高比强度、高比刚度、较好的耐磨性等优良的力学特性，而且具有良好的韧性、塑性。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿生复合材料的制备，具体是一种仿贝壳珍珠层的镁基复合材料的制备方法。
背景技术
高强度、高模量的SiCp/Mg复合材料具有延性低、断裂韧性差的缺陷，该缺陷极大地限制了SiCp/Mg复合材料工程应用和推广，因此制备高强度、高韧性、高刚度等综合性能优良的SiCp/Mg复合材料成为近年来的研究热点和重点。
目前关于金属基复合材料强韧化措施主要基于传统材料相关知识，其增韧补强效果有限，不能满足实际需求。
在众多的天然复合材料中，贝壳珍珠层由于其独特的微观结构、极高的强度和良好的韧性倍受关注，成为制备轻质高强超韧性仿贝壳珍珠层复合材料的模型结构。 叠层热压工艺可以轻易实现仿贝壳珍珠层特有的层和层之间“砖-泥”微观结构，生产效率高，但叠层热压工艺不能控制增强颗粒形状、大小；定向冻融是一个简单的物理过程，通过调整工艺条件能成功仿制出贝壳珍珠层中矿物桥接、六边形板片状增强颗粒、增强颗粒表面粗燥度等微观结构，但定向冻融冰模板制备技术生产效率低。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种仿贝壳珍珠层的镁基复合材料的制备方法。本发明结合定向冻融冰模板法和叠层热压制备工艺优势，把二者联合起来制备具有六边形板片结构、矿物桥、砖-泥结构等贝壳珍珠层微观结构特征的、仿生SiC颗粒增强镁基复合材料。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种仿贝壳珍珠层的镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1）冰模板法制备正多边形板片状结构的多孔层状增强材料：
a）配制SiC颗粒悬浮液：将SiC颗粒与去离子水按质量比为3:5.8的比例混合，先用磁力搅拌器搅拌混合30min，再用超声分散3-5min，最后再用磁力搅拌器搅拌混合30min，从而得到均匀且分散性好的SiC颗粒悬浮液；
b）制作冰冻模具：冰冻模具包括制冷底座以及安置于制冷底座上的盛槽，盛槽的深度为0.5μm， 制冷底座是由散热性能良好的铜管编织而成的网状结构，每个网孔均为正多边形状，并且在铜管中通入制冷剂，所述制冷剂采用氟利昂-12；
c）单向冷冻：将配置好的SiC颗粒悬浮液注入到盛槽中，并通过制冷底座对盛槽中的SiC颗粒悬浮液进行冻结成型,冷冻温度范围-100℃～-20℃,冷冻时间是1.5h-2h(SiC颗粒悬浮液在结冰的过程中，会将SiC颗粒排挤在冰晶之间的空隙中，即SiC颗粒悬浮液在形成过程中，去离子水会沿着正多边形的铜管边界进行结冰形成冰晶体，而SiC颗粒会被排斥到正多边形铜管的边界内部)；冻结成型后取出冰冻样品,并将冰冻样品放入冷冻干燥机中，冷冻干燥 12h～36h ，直到完全冻干冰晶体升华，最后即得到所述的正多边形板片状结构的多孔层状增强材料；
2）真空压力浸渗法制备仿文石结构的镁基复合材料：
a）将熔融的镁合金金属液体倒入所述正多边形板片状结构的多孔层状增强材料的孔隙部位，施加5-10MPa的压力进行冷压成型制成预制块；
b）将制成的预制块放入石墨模具中，用电阻炉加热，反应腔内预抽真空后再通入高纯流动 Ar 气(纯度≥99.999%)保护；采用两段加热速率：当T<933 K 时，加热速率为10K/min，当T≥933 K 时，加热速率为5 K/min；将预制块加热至 1023 K时，保温 1.5 h ，之后待炉自然冷却，即得到所述的仿文石结构的镁基复合材料；
3）叠层热压烧结制备仿贝壳珍珠层的镁基复合材料：
a）用剪板机裁剪出尺寸相同的镁合金板材，对镁合金板材进行超声波去油脂处理；
b）按照镁合金板材、仿文石结构的镁基复合材料交替的顺序叠层放入真空热压炉进行加热加压处理，施加压力为60KN，烧结温度为520℃，热压时间12min，加热加压处理完成后即制备得到仿贝壳珍珠层的镁基复合材料。
本发明受具有优越力学性能的天然复合材料微观结构启示，在镁基复合材料设计中引入了仿生结构设计理念, 即通过“简单组成、复杂结构”的精细组合来实现复合材料的制备，本发明提供了一种新型仿生金属基复合材料制备工艺，制备工艺路线独特、生产效率高，所制备的仿生贝壳珍珠层结构镁基复合材料与传统的镁基复合材料相比，不仅具有高比强度、高比刚度、较好的耐磨性等优良的力学特性，而且具有良好的韧性、塑性。
附图说明
图1为本发明冰冻模具中制冷底座的结构示意图。
图2为本发明六边形板片状结构的多孔层状增强材料的示意图。
图3为本发明仿贝壳珍珠层的镁基复合材料的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的说明：
一种仿贝壳珍珠层的镁基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1）冰模板法制备正多边形板片状结构的多孔层状增强材料：
a）配制SiC颗粒悬浮液：将SiC颗粒与去离子水按质量比为3:5.8的比例混合，先用磁力搅拌器搅拌混合30min，再用超声分散3-5min，最后再用磁力搅拌器搅拌混合30min，从而得到均匀且分散性好的SiC颗粒悬浮液；
b）制作冰冻模具：冰冻模具包括制冷底座以及安置于制冷底座上的盛槽，盛槽的深度为0.5μm，制冷底座是由散热性能良好的铜管编织而成的网状结构，每个网孔均为正多边形状，比如正六边形、正五边形等等，如图1所示的正六边形网孔，并且在铜管中通入制冷剂，所述制冷剂采用氟利昂-12；
c）单向冷冻：将配置好的SiC颗粒悬浮液注入到盛槽中，并通过制冷底座对盛槽中的SiC颗粒悬浮液进行冻结成型,冷冻温度范围-100℃～-20℃（具体实施时冷冻温度可选择-40℃、-100℃、-65℃、-20℃、-90℃等温度）,冷冻时间是1.5h-2h（具体实施时冷冻时间可选择2h、1.5h、1.8h等时间），SiC颗粒悬浮液在结冰的过程中，会将SiC颗粒排挤在冰晶之间的空隙中，即SiC颗粒悬浮液在形成过程中，去离子水会沿着正多边形的铜管边界进行结冰形成冰晶体，而SiC颗粒会被排斥到正多边形铜管的边界内部，如图2所示；冻结成型后取出冰冻样品,并将冰冻样品放入冷冻干燥机中，冷冻干燥12h～36h （冷冻干燥时间可选择24h、30 h、15 h、12 h、36 h等时间），直到完全冻干冰晶体升华，最后即得到所述的正多边形板片状结构的多孔层状增强材料；
2）真空压力浸渗法制备仿文石结构的镁基复合材料：
a）将熔融的镁合金金属液体倒入所述正多边形板片状结构的多孔层状增强材料的孔隙部位，施加5-10MPa（压力大小可以选择8 MPa、10 MPa、6 MPa、5 MPa等）的压力进行冷压成型制成预制块；
b）将制成的预制块放入石墨模具中，用电阻炉加热，反应腔内预抽真空后再通入纯度≥99.999%的流动 Ar 气保护；采用两段加热速率：当T<933 K 时，加热速率为10 K/min，当T≥933 K 时，加热速率为5 K/min；将预制块加热至 1023 K时，保温 1.5 h ，之后待炉自然冷却，即得到所述的仿文石结构的镁基复合材料；
3）叠层热压烧结制备仿贝壳珍珠层的镁基复合材料：
a）用剪板机裁剪出尺寸相同的镁合金板材，对镁合金板材进行超声波去油脂处理；
b）按照镁合金板材、仿文石结构的镁基复合材料交替的顺序叠层放入真空热压炉进行加热加压处理，施加压力为60KN，烧结温度为520℃，热压时间12min，加热加压处理完成后即制备得到仿贝壳珍珠层的镁基复合材料，如图3所示。
进一步的，具体实施时，所述步骤1）的c）过程中，将冰冻样品放入冷冻干燥机干燥的具体方法为：首先将冰冻样品放入冷冻干燥机的冷阱中，快速降温至-80℃，在-80℃预冷4个小时，预冷完毕后，抽真空，真空度低于10.0Pa，温度为-80℃的条件下进行真空冷冻干燥，时间24小时。
Claims (2)
1.一种仿贝壳珍珠层的镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）冰模板法制备正多边形板片状结构的多孔层状增强材料：
a）配制SiC颗粒悬浮液：将SiC颗粒与去离子水按质量比为3:5.8的比例混合，先用磁力搅拌器搅拌混合30min，再用超声分散3-5min，最后再用磁力搅拌器搅拌混合30min，从而得到均匀且分散性好的SiC颗粒悬浮液；
b）制作冰冻模具：冰冻模具包括制冷底座以及安置于制冷底座上的盛槽， 制冷底座是由散热性能良好的铜管编织而成的网状结构，每个网孔均为正多边形状，并且在铜管中通入制冷剂，所述制冷剂采用氟利昂-12；
c）单向冷冻：将配置好的SiC颗粒悬浮液注入到盛槽中，并通过制冷底座对盛槽中的SiC颗粒悬浮液进行冻结成型,冷冻温度范围-100℃～-20℃,冷冻时间是1.5h-2h；冻结成型后取出冰冻样品,并将冰冻样品放入冷冻干燥机中，冷冻干燥 12h～36h ，直到完全冻干，最后即得到所述的正多形板片状结构的多孔层状增强材料；
2）真空压力浸渗法制备仿文石结构的镁基复合材料：
a）将熔融的镁合金金属液体倒入所述正多边形板片状结构的多孔层状增强材料的孔隙部位，施加5-10MPa的压力进行冷压成型制成预制块；
b）将制成的预制块放入石墨模具中，用电阻炉加热，反应腔内预抽真空后再通入高纯流动 Ar 气保护；采用两段加热速率：当T<933 K 时，加热速率为10 K/min，当T≥933 K时，加热速率为5 K/min；将预制块加热至 1023 K时，保温 1.5 h ，之后待炉自然冷却，即得到所述的仿文石结构的镁基复合材料；
3）叠层热压烧结制备仿贝壳珍珠层的镁基复合材料：
a）用剪板机裁剪出尺寸相同的镁合金板材，对镁合金板材进行超声波、去油脂处理；
b）按照镁合金板材、仿文石结构的镁基复合材料交替的顺序叠层放入真空热压炉进行加热加压处理，施加压力为60KN，烧结温度为520℃，热压时间12min，加热加压处理完成后即制备得到仿贝壳珍珠层的镁基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种仿贝壳珍珠层的镁基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤1）的c）过程中，将冰冻样品放入冷冻干燥机干燥的具体方法为：首先将冰冻样品放入冷冻干燥机的冷阱中，快速降温至-80℃，在-80℃预冷4个小时，预冷完毕后，抽真空，真空度低于10.0Pa，温度为-80℃的条件下进行真空冷冻干燥，时间24小时。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510878832.8A CN105385875B (zh) | 2015-12-04 | 2015-12-04 | 一种仿贝壳珍珠层的镁基复合材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510878832.8A CN105385875B (zh) | 2015-12-04 | 2015-12-04 | 一种仿贝壳珍珠层的镁基复合材料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105385875A CN105385875A (zh) | 2016-03-09 |
| CN105385875B true CN105385875B (zh) | 2017-03-22 |
Family
ID=55418647
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510878832.8A Expired - Fee Related CN105385875B (zh) | 2015-12-04 | 2015-12-04 | 一种仿贝壳珍珠层的镁基复合材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105385875B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107522475B (zh) * | 2017-09-08 | 2019-12-27 | 大连理工大学 | 一种仿贝壳陶瓷基复合材料及其制备方法 |
| CN107603242A (zh) * | 2017-10-10 | 2018-01-19 | 唐林元 | 一种仿生贝壳珍珠质材料的制备方法 |
| CN108912602B (zh) * | 2018-05-30 | 2019-11-22 | 中国科学技术大学 | 一种三维仿贝壳结构材料及其制备方法 |
| CN108677053B (zh) * | 2018-06-22 | 2019-08-09 | 太原理工大学 | 一种交频超声耦合热压浸渗多孔陶瓷增强镁基复合材料的制备方法 |
| CN110724390B (zh) * | 2019-10-18 | 2021-08-10 | 浙江农林大学 | 一种仿生物质珍珠贝材料及其制备方法 |
| CN113084164A (zh) * | 2020-01-08 | 2021-07-09 | 南京农业大学 | 一种金属复杂层级珍珠层仿生结构的制备方法 |
| CN111574137B (zh) * | 2020-04-29 | 2021-04-23 | 武汉理工大学 | 一种具有层状结构的仿贝壳珍珠母层材料及其制备方法 |
| CN111609071A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-09-01 | 南京工程学院 | 一种金属与非金属结合的仿生贝壳材料结构 |
| CN115319877B (zh) * | 2022-08-29 | 2023-05-16 | 广西壮族自治区林业科学研究院 | 一种木材表面密实化处理方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3023808B2 (ja) * | 1991-09-13 | 2000-03-21 | 健 増本 | 粒子強化金属基複合部材 |
| CN103014387B (zh) * | 2012-12-24 | 2014-08-06 | 中北大学 | 一种掺杂SiC颗粒的镁基复合材料的制备方法 |
| CN103789590B (zh) * | 2014-03-04 | 2016-01-20 | 哈尔滨工业大学 | 颗粒增强镁基复合材料的制备方法 |
-
2015
- 2015-12-04 CN CN201510878832.8A patent/CN105385875B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105385875A (zh) | 2016-03-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105385875B (zh) | 一种仿贝壳珍珠层的镁基复合材料的制备方法 | |
| CN104745894B (zh) | 多相纳米陶瓷颗粒增强Al基复合材料及其激光3D打印成形方法 | |
| CN108257925B (zh) | 一种硅化金刚石/SiC复合材料的制备方法 | |
| CN103878346B (zh) | 一种陶瓷颗粒多尺度增强金属基体复合材料的制备方法 | |
| CN103895285B (zh) | 高强度层状Al基金属陶瓷复合材料及其制备方法 | |
| CN105834361B (zh) | 一种异形截面短切碳纤维改性陶瓷模壳的制备方法 | |
| CN108994301B (zh) | 以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料及其制备方法 | |
| CN107649688B (zh) | 一种易加工的金刚石导热复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN102251139B (zh) | 一种高体积分数金刚石/铝导热功能复合材料的制备方法 | |
| CN103993192A (zh) | 一种通过石墨烯增强金属材料的方法 | |
| CN105506341B (zh) | Mg合金/Al2O3复合材料及制备方法 | |
| CN110396652A (zh) | 一种碳化硅纤维增强铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN108975936B (zh) | 一种石墨陶瓷复合型及其制备方法 | |
| CN107214319B (zh) | 一种颗粒增强金属基复合材料的制备方法 | |
| CN106518027A (zh) | 一种矿化剂和短切碳纤维复合改性型壳的制备方法 | |
| CN109317690A (zh) | 一种石墨烯增强铝基复合泡沫材料的制备方法 | |
| CN109385552A (zh) | 一种提高铝基复合材料干摩擦磨损性能的方法 | |
| CN101709441A (zh) | 一种球墨铸铁基复合材料制备工艺 | |
| CN104532033B (zh) | 一种纳米氧化铝增强铝基复合材料半固态浆料的制备方法 | |
| CN102676956B (zh) | 一种原位合成铁基表面复合材料的制备方法 | |
| CN114058920A (zh) | 仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷-金属复合材料及其制备方法 | |
| CN101705444A (zh) | 一种高锰钢基复合材料制备工艺 | |
| CN101705453A (zh) | 一种球墨铸铁基复合材料制备工艺 | |
| CN101748349A (zh) | 挤压铸造法制备碳纳米管增强铝合金复合材料 | |
| CN108220831B (zh) | 一种硼酸铝晶须增强锌基合金复合材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170322 Termination date: 20171204 |