CN109128176A - 一种高抗冲击复合材料制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高抗冲击复合材料制备方法，利用3D打印技术，采用高强度金属和高韧性金属两种材料交织堆积结构相同的第一层堆覆与第三层堆覆，使得制备的高抗冲击复合材料具有高强度金属的强度，高韧性材料更好的吸收能量，高抗冲击的性能，第二层堆覆设置在第一层堆覆与第三层堆覆之间，每层堆覆由多个堆覆层组成，每个堆覆层完成之后，均以Z轴为中心旋转90°，用于弥补3D打印过程起点高，终点低的缺陷，使得最终得到平面，同时金属堆覆的方向发生变化，进一步使得两种金属在三维空间内形成交织结构，从而增强高抗冲击复合材料的性能；不能过在第二层堆覆层的高韧性金属材料之间设置有陶瓷块，以减轻高抗冲击复合材料的整体重量。

Description

一种高抗冲击复合材料制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，尤其涉及一种高抗冲击复合材料制备方法。
背景技术
随着现代科技的迅速发展，对材料的性能要求也越来越高，无论是在生活用品还是航空、船舶以及武器装备等领域，单一的均质材料通常比较重，使用不便，且无法解决高强度与高韧性之间的矛盾，已经不能满足人们的需求。随着金属3D打印技术的不断发展，如何将金属3D打印技术应用于材料制备以满足航空、船舶和武器装备对材料轻质、便捷、高强度、高抗冲击等性能要求，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种高抗冲击复合材料制备方法，以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种高抗冲击复合材料制备方法，具体步骤如下：
1）选取不锈钢板作为底板，并通过打磨机除去底板表面锈迹，而后使用酒精将底板表面擦拭干净，放进加热炉中预热；
2）利用3D打印技术，先将高强度金属按照同一个方向一道一道在底板上堆覆，每一道之间间隔120s，以使前一道金属冷却，直至达到预期道数；而后将金属换成高韧性金属，继续按照之前的方向一道一道堆覆，直至达到预期道数；在将高强度金属按照前述方式继续堆覆，直至完成第一个堆覆层的高度，且最终使得高强度金属占金属总量的55％~85％；
3）待步骤2）完成后，将底板以Z轴为中心旋转90°，并将焊枪与送丝头升高一个堆覆层的层高，再将高强度金属按照步骤2）所述的堆覆方式堆覆，直至完成第二个堆覆层的高度；
4）继续执行步骤2）与步骤3）所述的堆覆方式堆覆，直至完成第一层堆覆；
5）在第一层堆覆的基础上，旋转90°并沿Z轴方向升高一个堆覆层的层高，将金属换成高韧性金属，在第一层堆覆的基础上继续堆覆，堆覆方式与第一层堆覆一致，并留有用于排列陶瓷块的间隙，待堆覆两层堆覆层之后，将陶瓷块规则排列在间隙内，而后继续堆覆高韧性金属，直到覆盖整个陶瓷块的高度，完成第二层堆覆；
6）在第二层堆覆的基础上，旋转90°并沿Z轴方向升高一个堆覆层的层高，继续堆覆直至完成第三层堆覆，第三层堆覆的材料、堆覆方式与第一层一致；
7）待第三层堆覆完成后，将底板除去，即得到高抗冲击复合材料。
在本发明中，陶瓷块为六边形结构，在第二层堆覆中呈10阶方阵排列。
在本发明中，采用玻璃纤维代替陶瓷块。
在本发明中，高抗冲击复合材料由三层堆覆层组成，第二层堆覆设置在第一层堆覆与第三层堆覆之间，且第一层堆覆由多个堆覆层之间旋转交织构成，每个堆覆层由高强度金属与高韧性金属交织组成；第二层堆覆由多个堆覆层之间旋转交织构成，每个堆覆层由高韧性金属交织组成，并在高韧性金属之间留有用于排列陶瓷块的间隙；第三层堆覆与第一层堆覆结构相同。
有益效果：
1）本发明采用高强度金属和高韧性金属两种材料，高强度金属的强度是高韧性金属的强度的3倍以上，高韧性金属的韧性是高强度金属的韧性的3倍以上，两种金属交织组成，使得制备的高抗冲击复合材料具有高强度金属的强度，高韧性材料更好的吸收能量，高抗冲击的性能，综合两种金属的高强度和高韧性，并利用3D打印技术，可以简便制备出多种材料非均质复合材料；
2）本发明中高抗冲击复合材料中设置有陶瓷块，可减轻高抗冲击复合材料的整体重量；
3）本发明中每个堆覆层完成之后，均以Z轴为中心旋转90°，用于弥补3D打印过程起点高，终点低的缺陷，使得最终得到平面，同时金属堆覆的方向发生变化，进一步使得两种金属在三维空间内形成交织结构，从而增强高抗冲击复合材料的性能；
4）本发明的高抗冲击复合材料不仅可应用于生活用品，同时可通过减小每一个堆覆层的厚度，增加堆覆层的层数，或者将陶瓷块换成玻璃纤维等材料，应用于车辆、飞机、船舶以及武器装备。
附图说明
图1是本发明的较佳实施例中的高抗冲击复合材料结构示意图。
图2是本发明的较佳实施例中的第三层与第一层中的一个堆覆层结构示意图。
图3是本发明的较佳实施例中的第二层中的一个堆覆层截面示意图。
附图标注：a为高强度金属；b为高韧性金属；c为陶瓷块。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1所示的一种高抗冲击复合材料制备方法，具体步骤如下：
1）选取不锈钢板作为底板，并通过打磨机除去底板表面锈迹，而后使用酒精将底板表面擦拭干净，放进加热炉中预热；
2）利用3D打印技术，先将高强度金属a按照同一个方向一道一道在底板上堆覆，每一道之间间隔120s，以使前一道金属冷却，直至达到预期道数；而后将金属换成高韧性金属b，继续按照之前的方向一道一道堆覆，直至达到预期道数；在将高强度金属a按照前述方式继续堆覆，直至完成第一个堆覆层的高度，且最终使得高强度金属a占金属总量的55％~85％；
3）待步骤2）完成后，将底板以Z轴为为中心旋转90°，并将焊枪与送丝头升高一个堆覆层的层高，再将高强度金属a按照步骤2）所述的堆覆方式堆覆，直至完成第二个堆覆层的高度；
4）继续执行步骤2）与步骤3）所述的堆覆方式堆覆，直至完成第一层堆覆；
5）在第一层堆覆的基础上，旋转90°并沿Z轴方向升高一个堆覆层的层高，将金属换成高韧性金属b，在第一层堆覆的基础上继续堆覆，堆覆方式与第一层堆覆一致，并留有用于排列陶瓷块c的间隙，待堆覆两层堆覆层之后，将陶瓷块c规则排列在间隙内，而后继续堆覆高韧性金属b，直到覆盖整个陶瓷块c的高度，完成第二层堆覆；
6）在第二层堆覆的基础上，旋转90°并沿Z轴方向升高一个堆覆层的层高，继续堆覆直至完成第三层堆覆，第三层堆覆的材料、堆覆方式与第一层一致；
7）待第三层堆覆完成后，将底板除去，即得到高抗冲击复合材料。
在本实施例中，陶瓷块c为六边形结构，在第二层堆覆层中呈10阶方阵排列。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种高抗冲击复合材料制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）选取不锈钢板作为底板，并通过打磨机除去底板表面锈迹，而后使用酒精将底板表面擦拭干净，放进加热炉中预热；
2）利用3D打印技术，先将高强度金属按照同一个方向一道一道在底板上堆覆，每一道之间设置有间隔，以使前一道金属冷却，直至达到预期道数；而后将金属换成高韧性金属，继续按照之前的方向一道一道堆覆，直至达到预期道数；再将高强度金属按照前述方式继续堆覆，直至完成第一个堆覆层的高度，且最终使得高强度金属占金属总量的55％~85％；
3）待步骤2）完成后，将底板以Z轴为中心旋转90°，并将焊枪与送丝头升高一个堆覆层的层高，再将高强度金属按照步骤2）所述的堆覆方式堆覆，直至完成第二个堆覆层的高度；
4）继续执行步骤2）与步骤3）所述的堆覆方式堆覆，直至完成第一层堆覆；
5）在第一层堆覆的基础上，旋转90°并沿Z轴方向升高一个堆覆层的层高，将金属换成高韧性金属，在第一层堆覆的基础上继续堆覆，堆覆方式与第一层堆覆一致，并留有用于排列陶瓷块的间隙，待堆覆两层堆覆层之后，将陶瓷块规则排列在间隙内，而后继续堆覆高韧性金属，直至覆盖整个陶瓷块的高度，完成第二层堆覆；
6）在第二层堆覆的基础上，旋转90°并沿Z轴方向升高一个堆覆层的层高，继续堆覆直至完成第三层堆覆，第三层堆覆的材料、堆覆方式与第一层一致；
7）待第三层堆覆完成后，将底板除去，即得到高抗冲击复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种高抗冲击复合材料制备方法，其特征在于，步骤2）中，每一道之间设置的间隔为120s。
3.根据权利要求1所述的一种高抗冲击复合材料制备方法，其特征在于，步骤5）中，陶瓷块为六边形结构。
4.根据权利要求3所述的一种高抗冲击复合材料制备方法，其特征在于，步骤5）中，陶瓷块在第二层堆覆层中呈N阶方阵排列。
5.根据权利要求1所述的一种高抗冲击复合材料制备方法，其特征在于，步骤5）中，采用玻璃纤维代替陶瓷块。
6.根据权利要求1所述的一种高抗冲击复合材料制备方法，其特征在于，高抗冲击复合材料由三层堆覆层组成，第二层堆覆设置在第一层堆覆与第三层堆覆之间，且第一层堆覆由多个堆覆层之间旋转交织构成；第二层堆覆由多个堆覆层之间旋转交织构成，每个堆覆层由高韧性金属交织组成，；第三层堆覆与第一层堆覆结构相同。
7.根据权利要求6所述的一种高抗冲击复合材料制备方法，其特征在于，第一层堆覆中，每个堆覆层由高强度金属与高韧性金属交织组成。
8.根据权利要求6所述的一种高抗冲击复合材料制备方法，其特征在于，第二层堆覆中，在高韧性金属之间留有用于排列陶瓷块的间隙。
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