CN106756133A - 一种内嵌丝网结构的活性复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料，尤其涉及一种内嵌丝网结构的活性复合材料，该活性复合材料由金属丝网和复合粉末材料组成，其中：所述金属丝网均匀内嵌在所述复合粉末材料内；所述复合粉末由至少两种粉末材料混合而成；所述粉末材料与所述金属丝网之间形成第一物理融合区；所述不同粉末材料之间形成第二物理融合区；所述同种粉末材料之间形成第三物理融合区。通过金属丝网和复合粉末的紧密融合，提高了活性复合材料的致密性，粉末之间更易结合、不易碎，降低了加工难度。

Description

一种内嵌丝网结构的活性复合材料

技术领域

本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种内嵌丝网结构的活性复合材料。

背景技术

复合材料是指由两种或两种以上化学性质或组织结构不同的材料通过物理或化学方法组合而成的多相固体材料，一般由基体组元与增强体或功能组元所组成。金属基复合材料一般是以金属或合金为连续相，而颗粒、晶须或纤维形式的第二相组成的复合材料。

对于由两种及两种以上金属粉末制成的金属复合材料，因其松散的颗粒特性，导致压制成型加工难度较大，且制备好的复合材料因缺少支撑机构导致韧性不足、易碎，同时因粉末复合材料各个方向的结构及物理特性相同，无法进行材料整体物理性能的定向改变。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种韧性强、紧实度好、可定向改变物理性能的内嵌丝网结构的活性复合材料。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种内嵌丝网结构的活性复合材料，由金属丝网和复合粉末材料组成，其中：所述金属丝网均匀内嵌在所述复合粉末材料内；所述复合粉末由至少两种粉末材料混合而成；所述粉末材料与所述金属丝网之间形成第一物理融合区；所述不同粉末材料之间形成第二物理融合区；所述同种粉末材料之间形成第三物理融合区。

进一步的，所述金属丝网由第一金属丝组成，其中：所述第一金属丝的丝径为20μm-200μm；所述第一金属丝的材质可以为镍、钛、铝、铁。

进一步的，所述金属丝网由第一金属丝和第二金属丝组成，其中：所述第一金属丝的丝径为20μm-200μm；所述第二金属丝的丝径为100μm-500μm；所述第二金属丝的丝径大于所述第一金属丝的丝径；所述第一金属丝和第二金属丝的材质可以为镍、钛、铝、铁。

进一步的，单根所述第一金属丝为螺旋线结构，其中：两根所述第一金属丝之间自然缠绕设置；所述金属丝网由多根所述第一金属丝相互自然缠绕而成，整体形状与所述活性复合材料外观形状相同。

进一步的，单根所述第一金属丝为直线结构，其中：所述金属丝网由多根所述第一金属丝立体编织而成，整体形状与所述活性复合材料外观形状相同。

进一步的，单根所述第一金属丝和所述第二金属丝均为螺旋线结构，其中：两根所述第一金属丝之间自然缠绕设置；所述第一金属丝与所述第二金属丝之间自然缠绕设置；所述金属丝网由多根所述第一金属丝与多根所述第二金属丝相互自然缠绕而成，整体形状与所述活性复合材料外观形状相同；所述第一金属丝的数量多于所述第二金属丝的数量，所述第二金属丝均匀分布在所述第一金属丝之间。

进一步的，单根所述第一金属丝和所述第二金属丝均为螺旋线结构，其中：所述第一金属丝的螺旋直径小于所述第二金属丝的螺旋直径；所述第一金属丝套设在所述第二金属丝之上，形成复合螺旋结构；所述金属丝网由多组所述复合螺旋结构自然缠绕组成，整体形状与所述活性复合材料外观形状相同。

进一步的，单根所述第一金属丝与所述第二金属丝均为直线结构，其中：多根所述第二金属丝竖直阵列排布，所述第一金属丝以所述第二金属丝为龙骨自下而上分层水平编织形成所述金属丝网，编织后的整体形状与所述活性复合材料外观形状相同。

进一步的，所述第二金属丝阵列排布时，自阵列起始位置至阵列结束位置丝径依次增大，和/或：所述第一金属丝在水平编织时自编织起始层至编织结束层丝径依次增大。

进一步的，所述复合粉末材料由硼粉末、铝粉末、镍粉末、铁粉末、钛粉末、三氧化二铁粉末中的两种以上混合而成，其中：所述粉末材料的粒径范围为5μm-100μm。

本发明的一种内嵌丝网结构的活性复合材料，具有以下有益效果：

1、内嵌丝网结构的活性复合材料因金属丝的作用，粉末颗粒之间预固定，更易结合，降低加工难度；

2、内嵌丝网结构的活性复合材料提高了材料的韧性，在保留粉末复合材料特性的同时，又结合了金属丝网的特性，两者结合后使复合材料的性能得到进一步的提升；

3、因复合粉末材料与丝网结合，其在各个方向结构不同，可对复合材料物化特性进行定向改变，提高活性复合材料的使用范围。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明实施例的活性复合材料的第一种结构的横截面示意图；

图2是本发明实施例的活性复合材料的第二种结构的截面示意图；

图3是本发明实施例的活性复合材料的第三种结构的截面示意图；

图4是本发明实施例的活性复合材料的第四种结构的截面示意图；

图5是本发明实施例的活性复合材料的第一种结构的截面示意图；

图6是本发明实施例的活性复合材料的第五种结构的截面示意图；

图7是本发明实施例的活性复合材料的第六种结构的截面示意图；

图8是本发明实施例的活性复合材料的第七种结构的截面示意图；

图9是本发明实施例的活性复合材料的第八种结构的截面示意图；

图10是本发明实施例的活性复合材料的第一种内部结构放大示意图；

图11是本发明实施例的活性复合材料的第二种内部结构放大示意图；

图中：1-第一金属丝，2-第一粉末材料，3-第二粉末材料，4-第一物理融合区，5-第二物理融合区，6-第三物理融合区，7-第二金属丝。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明的一种内嵌丝网结构的活性复合材料，由金属丝网和复合粉末材料组成，其中：金属丝网均匀内嵌在复合粉末材料内；复合粉末由至少两种粉末材料混合而成；粉末材料与金属丝网之间形成第一物理融合区；不同粉末材料之间形成第二物理融合区；同种粉末材料之间形成第三物理融合区，通过上述各物理融合区将复合粉末之间、复合粉末与金属丝网之间连接，形成一个致密的整体。物理融合区指的是粉末与粉末之间或粉末与丝网之间的相互渗透融合部分，因活性复合材料制备过程中经过强力挤压，使其具备较高的致密性和紧实度，进而金属丝网和复合粉末之间相互渗透融合。上述各物理融合区是在常温高压条件下形成的，具体可以采取冷等静压、爆炸焊接、压力机压制等加工方式，具体的加工方法本发明不做具体限定，本领域技术人员可以根据需要选用不同的现有技术制备本发明所涉及结构的活性复合材料。

如图1、图5和图10所示，本发明实施例的活性复合材料的第一种结构中，包括了第一金属丝1、第一粉末材料2、第二粉末材料3；其中第一金属丝1立体编织形成本实施例的活性复合材料内部的金属丝网；第一金属丝1与复合粉末材料(第一粉末材料2和第二粉末材料3)之间形成第一物理融合区4，第一粉末材料2与第二粉末材料3之间形成第二物理融合区5，第一粉末材料2之间以及第二粉末材料3之间形成第三物理融合区6。

在上述活性复合材料的第一种结构中，对第一金属丝1的立体编织方法不做具体限定，可以选用现有技术中任何一种编织方式，其中编织密度根据活性复合材料需要进行选择，如需要材料韧性更足的，可以编织密度大些，相反则密度小些。对于组成复合粉末材料的粉末材料种类可根据材料所需特性选定，可以为三种或更多材料种类的组合。

在上述活性复合材料的第一种结构中，第一金属丝1的丝径为20μm-200μm；材质可以为镍、钛、铝、铁中的任一种或多种的组合。

在上述活性复合材料的第一种结构中，复合粉末材料由硼粉末、铝粉末、镍粉末、铁粉末、钛粉末、三氧化二铁粉末中的两种以上混合而成，粒径范围为5μm-100μm。

上述第一种结构的活性复合材料，材料整体性强，且韧性相对于未内嵌金属网的粉末复合材料更佳，与现有的钢筋混凝土结构类似，金属丝网的作用与钢筋混凝土结构中的钢筋作用相近，复合粉末材料与混凝土作用相近。

如图2所示，本发明实施例的活性复合材料的第二种结构中，活性复合材料的各组成部分与第一种结构的相同，且同样存在第一融合区4、第二融合区5和第三融合区6，不同之处在于第一金属丝1为螺旋线结构，具体的，金属丝网由多根第一金属丝1相互自然缠绕而成，整体形状与活性复合材料外观形状相同。复合粉末材料填充于相互缠绕的第一金属丝1之间，各第一金属丝1在同一平面上相互缠绕编织，不同平面相互叠层缠绕，二者相互融合，保证了活性复合材料的致密性。

在上述活性复合材料的第二种结构中，第一金属丝1的螺旋直径以及金属丝网的缠绕密度根据所制备活性复合材料的尺寸和性能要求确定，本发明不做具体限定。

相对于第一种结构的活性复合材料，第二种结构的活性复合材料制备工艺更加简单，且材料在螺旋线长度方向的韧性要比螺旋直径方向的弹性更足。

如图3和图11所示，本发明实施例的活性复合材料的第三种结构中，活性复合材料的各组成部分与第二种结构的相同，且同样存在第一融合区4、第二融合区5和第三融合区6，不同之处在于还包括第二金属丝7，第二金属丝7与复合粉末材料(第一粉末材料2和第二粉末材料3)之间也存在第一融合区4，第二金属丝7的丝径为100μm-500μm；第二金属丝7的丝径大于第一金属丝1的丝径；第二金属丝7的材质可以为镍、钛、铝、铁中的任一种。

具体的，第二金属丝7和第一金属丝1均为螺旋线结构，金属丝网由多根第一金属丝1与多根第二金属丝7相互自然缠绕而成，整体形状与活性复合材料外观形状相同。且第一金属丝1的数量多于第二金属丝7的数量，第二金属丝7均匀分布在第一金属丝1之间。复合粉末材料填充于相互缠绕的第一金属丝1和第二金属丝7之间，各第一金属丝1在同一平面上相互缠绕编织，各第二金属丝7在同一平面上相互缠绕编织，不同平面相互叠层缠绕，二者相互融合，保证了活性复合材料的致密性。

在上述活性复合材料的第三种结构中，第一金属丝1和第二金属丝7的螺旋直径以及金属丝网的缠绕密度根据所制备活性复合材料的尺寸和性能要求确定，本发明不做具体限定。

相对于第二种结构的活性复合材料，第三种结构的活性复合材料添加了不同材质和更粗丝径的金属丝，使材料的韧性更强，也提高了材料进行整体物理性能定向改变的能力。

如图4所示，本发明实施例的活性复合材料的第四种结构中，活性复合材料的各组成部分与第三种结构的相同，且同样存在第一融合区4、第二融合区5和第三融合区6，不同之处在于，第一金属丝1套设在第二金属丝7之上，形成复合螺旋结构，具体的，金属丝网由多组复合螺旋结构自然缠绕组成，整体形状与所述活性复合材料的外观形状相同。复合粉末材料填充于相互缠绕的复合螺旋之间，各复合螺旋在同一平面上相互缠绕编织，不同平面相互叠层缠绕，二者相互融合，保证了活性复合材料的致密性。

在上述活性复合材料的第四种结构中，第一金属丝1和第二金属丝7的螺旋直径以及金属丝网的缠绕密度根据所制备活性复合材料的尺寸和性能要求确定，本发明不做具体限定。

相对于第三种结构的活性复合材料，第四种结构的活性复合材料通过复合螺旋结构使材料在螺旋线长度方向和直径方向的韧性和弹性得到进一步的提高。

如图6所示，本发明实施例的活性复合材料的第五种结构中，活性复合材料的各组成部分与第三种结构的相同，且同样存在第一融合区4、第二融合区5和第三融合区6，不同之处在于，第一金属丝1与第二金属丝7均为直线结构，具体的，多根第二金属丝7竖直阵列排布，第一金属丝1以第二金属丝7为龙骨自下而上分层水平编织形成金属丝网，编织后的整体形状与活性复合材料外观形状相同。复合粉末材料填充于相互编织的第一金属丝1和第二金属丝7之间，第一金属丝1与第二金属丝4在同一平面上相互交错编织，在不同平面相互叠层编织，二者相互融合，保证了活性复合材料的致密性。

在上述活性复合材料的第五种结构中，第一金属丝1和第二金属丝7的丝径以及金属丝网的编织密度根据所制备活性复合材料的尺寸和性能要求确定，本发明不做具体限定。

相对于第一种结构的活性复合材料，第五种结构的活性复合材料通过添加更粗的第二金属丝7作为龙骨，提高了材料的韧性及整体性能。

如图7、图8和图9所示，本发明实施例的活性复合材料的第六种结构、第七种结构和第八种结构中，活性复合材料的各组成部分与第五种结构的相同，且同样存在第一融合区4、第二融合区5和第三融合区6，不同之处在于，第二金属丝7阵列排布时，自阵列起始位置至阵列结束位置丝径依次增大，和/或：第一金属丝1在水平编织时自编织起始层至编织结束层丝径依次增大。具体的，如图7所示，在第六种结构中，第二金属丝7竖直阵列排布且各金属丝的丝径相同，而第一金属丝1在水平编织时自编织起始层至结束层即沿纵向方向从上至下丝径逐渐增大；如图8所示，在第七种结构中，第二金属丝7竖直阵列排布且金属丝丝径从阵列起始位置至结束位置逐渐增大，而第一金属丝1在水平编织时各金属丝丝径相同；如图9所示，在第八种结构中，第二金属丝7竖直阵列排布且金属丝丝径从阵列起始位置至结束位置逐渐增大，而第一金属丝1在水平编织时自编织起始层至结束层丝径也逐渐增大。复合粉末材料填充于相互编织的第一金属丝1和第二金属丝7之间，第一金属丝1与第二金属丝4在同一平面上相互交错编织，在不同平面相互叠层编织，二者相互融合，保证了活性复合材料的致密性。

在上述活性复合材料的第六种结构、第七种结构和第八种结构中，第一金属丝1和第二金属丝7的丝径以及金属丝网的编织密度根据所制备活性复合材料的尺寸和性能要求确定，本发明不做具体限定。

相对于第五种结构的活性复合材料，第六种结构、第七种结构和第八种结构的活性复合材料通过改变第一金属丝1和/或第二金属丝7的丝径，提高了材料的韧性和强度，提高了其整体物理性能的定向改变能力，使活性复合材料在不同位置拥有不同的物理性能，如图9所示结构的活性复合材料，其右下角位置的整体刚性要明显强于左上角位置的整体刚性，而弹性则刚好相反。

上述内容详细描述了本发明的活性复合材料的几种结构类型，下面将列举具体实施例对本发明进行进一步的描述：

实施例一：

本实施例中，金属丝网的结构与上述第一种结构的活性复合材料的金属丝网结构相同，具体的第一金属丝材质为铝，丝径为50μm，编织密度为相邻的两平行布置的第一金属丝1之间的距离为5mm。

复合粉末材料由两种粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2为铁粉末、第二粉末材料3为铝粉末，两者的粒径均为20μm，两者的混合比例为1:1。

第一物理融合区的最大融合深度为5μm，第二物理融合区的最大融合深度为7μm，第三物理融合区的最大融合深度为7μm。

实施例二：

本实施例中，金属丝网的结构与上述第二种结构的活性复合材料的金属丝网结构相同，具体的第一金属丝材质为镍，丝径为55μm，缠绕密度为相邻的两平行布置的第一金属丝1之间的距离为4mm。

复合粉末材料由两种粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2为硼粉末、第二粉末材料3为铝粉末，两者的粒径均为25μm，两者的混合比例为1:2。

第一物理融合区的最大融合深度为7μm，第二物理融合区的最大融合深度为10μm，第三物理融合区的最大融合深度为10μm。

实施例三：

本实施例中，金属丝网的结构与上述第三种结构的活性复合材料的金属丝网结构相同，具体的第一金属丝材质为镍，丝径为60μm，第二金属丝材质为钛，丝径为120μm，缠绕密度为相邻的两平行布置的金属丝之间的距离为6mm。

复合粉末材料由两种粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2为钛粉末、第二粉末材料3为镍粉末，两者的粒径均为30μm，两者的混合比例为1:1。

第一物理融合区的最大融合深度为10μm，第二物理融合区的最大融合深度为8μm，第三物理融合区的最大融合深度为8μm。

实施例四：

本实施例中，金属丝网的结构与上述第四种结构的活性复合材料的金属丝网结构相同，具体的第一金属丝材质为镍，丝径为20μm，第二金属丝材质为铁，丝径为90微米，缠绕密度为相邻的两平行布置的复合螺旋之间的距离为5mm。

复合粉末材料由两种粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2为三氧化二铁粉末、第二粉末材料3为镍粉末，两者的粒径均为40μm，两者的混合比例为1:1。

第一物理融合区的最大融合深度为8μm，第二物理融合区的最大融合深度为6μm，第三物理融合区的最大融合深度为6μm。

实施例五：

本实施例中，金属丝网的结构与上述第五种结构的活性复合材料的金属丝网结构相同，具体的第一金属丝材质为铝，丝径为60μm，第二金属丝材质为钛，丝径为150μm，编织密度为相邻的两平行布置的第一金属丝1之间的距离为7mm。

复合粉末材料由两种粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2为钛粉末、第二粉末材料3为铝粉末，两者的粒径均为35μm，两者的混合比例为1:1。

第一物理融合区的最大融合深度为4μm，第二物理融合区的最大融合深度为6μm，第三物理融合区的最大融合深度为6μm。

实施例六：

本实施例中，金属丝网的结构与上述第六种结构的活性复合材料的金属丝网结构相同，具体的第一金属丝材质为铝，丝径为60μm-130μm，第二金属丝材质为铁，丝径为250μm，编织密度为相邻的两平行布置的第一金属丝1之间的距离为9mm。

复合粉末材料由两种粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2为钛粉末、第二粉末材料3为铝粉末，两者的粒径均为27μm，两者的混合比例为1:1。

第一物理融合区的最大融合深度为9μm，第二物理融合区的最大融合深度为4μm，第三物理融合区的最大融合深度为4μm。

实施例七：

本实施例中，金属丝网的结构与上述第七种结构的活性复合材料的金属丝网结构相同，具体的第一金属丝材质为镍，丝径为90μm，第二金属丝材质为铝，丝径为200μm-350μm，编织密度为相邻的两平行布置的第一金属丝1之间的距离为12mm。

复合粉末材料由两种粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2为硼粉末、第二粉末材料3为镍粉末，两者的粒径均为70μm，两者的混合比例为1:1。

第一物理融合区的最大融合深度为18μm，第二物理融合区的最大融合深度为12μm，第三物理融合区的最大融合深度为12μm。

实施例八：

本实施例中，金属丝网的结构与上述第八种结构的活性复合材料的金属丝网结构相同，具体的第一金属丝材质为钛，丝径为80μm-180μm，第二金属丝材质为铁，丝径为300μm-500μm，编织密度为相邻的两平行布置的第一金属丝1之间的距离为10mm。

复合粉末材料由两种粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2为三氧化二铁粉末、第二粉末材料3为铝粉末，两者的粒径均为50μm，两者的混合比例为1:1。

第一物理融合区的最大融合深度为26μm，第二物理融合区的最大融合深度为14μm，第三物理融合区的最大融合深度为14μm。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种内嵌丝网结构的活性复合材料，其特征在于，由金属丝网和复合粉末材料组成，其中：

所述金属丝网均匀内嵌在所述复合粉末材料内；

所述复合粉末由至少两种粉末材料混合而成；

所述粉末材料与所述金属丝网之间形成第一物理融合区；

所述不同粉末材料之间形成第二物理融合区；

所述同种粉末材料之间形成第三物理融合区。

2.如权利要求1所述内嵌丝网结构的活性复合材料，其特征在于，所述金属丝网由第一金属丝组成，其中：

所述第一金属丝的丝径为20μm-200μm；

所述第一金属丝的材质可以为镍、钛、铝、铁。

3.如权利要求1所述内嵌丝网结构的活性复合材料，其特征在于，所述金属丝网由第一金属丝和第二金属丝组成，其中：

所述第一金属丝的丝径为20μm-200μm；

所述第二金属丝的丝径为100μm-500μm；

所述第二金属丝的丝径大于所述第一金属丝的丝径；

所述第一金属丝和第二金属丝的材质可以为镍、钛、铝、铁。

4.如权利要求2所述内嵌丝网结构的活性复合材料，其特征在于，单根所述第一金属丝为螺旋线结构，其中：

两根所述第一金属丝之间自然缠绕设置；

所述金属丝网由多根所述第一金属丝相互自然缠绕而成，整体形状与所述活性复合材料外观形状相同。

5.如权利要求2所述内嵌丝网结构的活性复合材料，其特征在于，单根所述第一金属丝为直线结构，其中：

所述金属丝网由多根所述第一金属丝立体编织而成，整体形状与所述活性复合材料外观形状相同。

6.如权利要求3所述内嵌丝网结构的活性复合材料，其特征在于，单根所述第一金属丝和所述第二金属丝均为螺旋线结构，其中：

两根所述第一金属丝之间自然缠绕设置；

所述第一金属丝与所述第二金属丝之间自然缠绕设置；

所述金属丝网由多根所述第一金属丝与多根所述第二金属丝相互自然缠绕而成，整体形状与所述活性复合材料外观形状相同；

所述第一金属丝的数量多于所述第二金属丝的数量，所述第二金属丝均匀分布在所述第一金属丝之间。

7.如权利要求3所述内嵌丝网结构的活性复合材料，其特征在于，单根所述第一金属丝和所述第二金属丝均为螺旋线结构，其中：

所述第一金属丝的螺旋直径小于所述第二金属丝的螺旋直径；

所述第一金属丝套设在所述第二金属丝之上，形成复合螺旋结构；

所述金属丝网由多组所述复合螺旋结构自然缠绕组成，整体形状与所述活性复合材料外观形状相同。

8.如权利要求3所述内嵌丝网结构的活性复合材料，其特征在于，单根所述第一金属丝与所述第二金属丝均为直线结构，其中：

多根所述第二金属丝竖直阵列排布，所述第一金属丝以所述第二金属丝为龙骨自下而上分层水平编织形成所述金属丝网，编织后的整体形状与所述活性复合材料外观形状相同。

9.如权利要求8所述内嵌丝网结构的活性复合材料，其特征在于，所述第二金属丝阵列排布时，自阵列起始位置至阵列结束位置丝径依次增大，和/或：

所述第一金属丝在水平编织时自编织起始层至编织结束层丝径依次增大。

10.如权利要求1-9任一项所述内嵌丝网结构的活性复合材料，其特征在于，所述复合粉末材料由硼粉末、铝粉末、镍粉末、铁粉末、钛粉末、三氧化二铁粉末中的两种以上混合而成，其中：

所述粉末材料的粒径范围为5μm-100μm。