CN110387482B - 一种基于反模泡沫材料的复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料领域，具体地说是一种基于反模泡沫材料的复合材料及其制备方法和应用。该复合材料以反模泡沫材料为增强体，此增强体材料宏观上由三维连续的支撑骨架和横断面直径可调控的三维连通的通道孔构建而成，支撑骨架自身为致密的，或为含有纳米级和/或微米级孔径的孔隙。采用本发明所述的制备方法，制得基于反模泡沫材料的复合材料。该复合材料中增强体支撑骨架具有高体积占比的同时，三维连通通道孔内基体材料与增强体支撑骨架自身微米和/或纳米级孔隙内基体材料的材质、尺寸和分布均可调控。该发明的创新性在于实现结构与构成材质可调控的基于反模泡沫材料增强体的复合材料，并提出其相关应用。

Description

一种基于反模泡沫材料的复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体地说是一种基于反模泡沫材料的复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
传统的开孔泡沫材料是一种特殊的多孔材料，其几何结构特征是具有三维连通的开孔网络结构。反模泡沫材料的结构则与传统开孔泡沫材料相反，即传统泡沫材料支撑骨架所占的空间，对应着反模泡沫材料的三维连通通道孔，而传统泡沫材料的三维连通开孔所占的空间，对应着反模泡沫材料的三维连续的支撑骨架。此类结构的材料拥有孔结构三维连通、孔隙率可调、高支撑骨架体积分数等诸多优点，流体可以在其三维连通通道里有效传递与分布。因而，反模泡沫材料在复合材料的制备与应用领域具有极大的潜力。
目前，传统开孔泡沫材料的复合材料尽管可以作为增强体用于复合材料的制备过程中，但基于K.Schwartzwalder的发明专利US3090094所述的方法制备而得传统开孔泡沫材料，需要效率极低的反复多次的浸渍过程才能获得高支撑骨架体积分数。而反模泡沫材料则是利用传统开孔泡沫材料作为模板，对三维连通的开孔网孔内注入粉料或浆料，再经致密化、除去模板、成型而制得的泡沫材料。这种方法使高体积分数泡沫材料的制备工艺避免反复多次的浸渍过程，有利于基于高支撑骨架体积分数的泡沫材料增强体的复合材料的大规模、低成本制备与应用推广，具有广泛研究价值与应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于反模泡沫材料的复合材料及其制备方法和应用，解决现有技术中材料结构或组成单一、制备效率低下、制备方式单一等问题。
本发明的技术方案是：
一种基于反模泡沫材料的复合材料，该复合材料的增强体是由三维连续的支撑骨架(a)和横断面直径可调控的三维连通的通道孔(b)构建而成的反模泡沫材料；其中，该通道孔(b)的横断面为近圆状或椭圆状。
本发明描述的基于反模泡沫材料的复合材料的反模泡沫材料增强体的支撑骨架(a)自身为多孔结构或致密结构。
本发明描述的基于反模泡沫材料的复合材料，其反模泡沫材料增强体的多孔结构支撑骨架(a)本体含有纳米级和/或微米级孔径的孔隙。
本发明描述的基于反模泡沫材料的复合材料，其反模泡沫材料增强体的支撑骨架(a)本体的材质可为均质或非均质。
本发明描述的基于反模泡沫材料的复合材料，其反模泡沫材料增强体的支撑骨架(a)本体的物理结构或化学结构可为各向同性的或各向异性的。
本发明描述的基于反模泡沫材料的复合材料的任一截面上，任意相邻的两个通道孔(b)内基体材料的截面的中心位置之间的距离(d1)为0.2mm～20mm。
本发明描述的基于反模泡沫材料的复合材料的三维连通通道孔(b)内基体材料的横断面直径(d2)为0.1mm～10mm。
本发明描述的基于反模泡沫材料的复合材料，其反模泡沫材料增强体的支撑骨架(a)本体孔隙内基体材料任一截面的平均尺寸为0.1nm～100μm，基体材料体积占支撑骨架(a)增强体区域的比例为0<p≤70％。
本发明描述的基于反模泡沫材料的复合材料的支撑骨架本体材质、支撑骨架自身孔隙内的基体材质、三维连通通道孔内的基体材质选自以下的一种或两种以上：金属、陶瓷、高分子、碳材料。
本发明描述的基于反模泡沫材料的复合材料的构成材质中，金属材质选自包含Li、Na、K、Al、Ca、Sr、Mg、Ni、Fe、Cu、V、Cr、Mo、W、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Ag、Pd、Ru、Rh、Au、Pt、Ta、镧系金属、锕系金属的金属单质、或包含上述元素的合金、金属固溶体或金属间化合物中的一种或两种以上；所述陶瓷材质选自以下的一种或两种以上：(1)氧化物及复合氧化物：Al2O3、SiO2、ZrO2、MgO、CaO、BeO、SrO、NiO、CuO、TiO2、V2O5、Fe3O、RuO2、WO3、ZnO、SnO2、CdO、Nb2O5、PbO、Pb3O4、Bi2O3、MoO3、Cr2O3、Y2O3、MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、CoO、Co3O4、Co2O3、镧系氧化物、锕系氧化物；莫来石(3Al2O3·2SiO2)、铝镁尖晶石(MgO·3Al2O3)、镁铬尖晶石(MgO·Cr2O3)、锆英石(ZrO2·SiO2)、正硅酸钙(2CaO·SiO2)、镁橄榄石(2MgO·SiO2)、钙钛矿型复合氧化物(CaTiO3、BaTiO3、LiNbO3、SrZrO3、LaMnO3)；(2)碳化物：碳化硅、碳化锆、碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化钽、碳化钒、碳化铬、碳化铌、碳化钼、碳化铁、碳化锰；(3)氮化物：α-Si3N4、β-Si3N4、AlN、Si6-xAlxOxN8-x、BN；(4)Si；所述高分子材质选自以下的一种或两种以上：(1)聚烯烃类：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈；(2)聚酰胺类：聚己内酰胺(PA6)、聚癸二酰己二胺(PA610)、聚十一内酰胺(PA11)、聚十二二酰己二胺(PA612)、聚癸二酰癸二胺(PA1010)；(3)聚酯类：聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚三聚氰酸酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二丁酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯；(4)聚醚类：聚苯醚、聚苯硫醚；所述碳材料选自以下的一种或两种以上：石墨、无定型碳、石墨烯、金刚石、活性炭、有序介孔碳、无序介孔碳、碳纤维、碳纳米管、碳微米管。
本发明描述的基于反模泡沫材料的复合材料的制备方法包括如下步骤：
(1)反模泡沫材料增强体的加工：将反模泡沫材料增强体机械加工至设计所需尺寸与形状；
(2)反模泡沫材料增强体的预处理：该工序选自以下的一种或两种以上的组合：
(i)清洗：包括除油、除锈、酸洗、碱洗、去离子水清洗、烘干中的一种或两种以上的组合操作；
(ii)热处理：将反模泡沫材料增强体于真空中，或惰性气氛中，或还原性气氛中或空气中于50～1000℃进行热处理，保温时间10min～24h；
(iii)电镀：将可导电的反模泡沫材料增强体置于电镀镀液中进行电镀，使得反模泡沫材料增强体支撑骨架本体孔隙和/或三维连通通道孔的孔壁面电镀沉积0.1μm～0.5mm的镀层；
(iv)化学镀：将反模泡沫材料增强体置于化学镀镀液中进行化学镀，使得反模泡沫材料增强体支撑骨架本体孔隙和/或三维连通通道孔的孔壁面化学镀沉积0.1μm～0.5mm的镀层；
(v)浸渍涂挂：配制溶胶或浆料，将反模泡沫材料增强体完全浸入溶胶或浆料中，然后去除多余溶胶或浆料后烘干，反复进行此操作直至反模泡沫材料增强体支撑骨架本体孔隙和/或三维连通通道孔的孔壁面覆盖0.1μm～0.5mm的涂层；
(vi)预反应：将反模泡沫材料增强体置于含有H2、N2、O2、Ar、空气中的一种或两种以上，于50～1000℃进行预反应处理，保温时间10min～24h，目的是让反模泡沫材料增强体的支撑骨架本体材质预先发生还原反应、氮化反应、氧化反应；
(vii)气相沉积：将反模泡沫材料增强体置于沉积炉中，采用化学气相沉积、物理气相沉积、等离子体气相沉积中的一种或两种以上方式，在反模泡沫材料增强体支撑骨架本体孔隙和/或三维连通通道孔的孔壁面沉积金属涂层、非金属涂层、化合物涂层中的一种或两种以上，涂层厚度为0.1μm～0.5mm；
(3)复合：采用如下操作中的一种或两种以上的组合，对反模泡沫材料增强体所含的所有或部分孔隙进行复合：
①将所述的构成材质熔融为流动状态，在加压或者在毛细作用下使其填充反模泡沫材料增强体所含的所有或部分孔隙，实现复合操作；
②在反模泡沫材料增强体所含的所有或部分孔隙中注入含有所述的构成材质对应的有机聚合单体或无机聚合单体的气体或液体，然后在加热或引发剂引发条件下进行聚合，填充反模泡沫材料增强体所含的所有或部分孔隙，实现复合操作；
③在振动反模泡沫材料增强体的同时，将所述的构成材质对应的粉末直接填充进反模泡沫材料增强体所含的所有或部分孔隙，然后进行单向加压，或双向加压，或等静压完成致密化，实现复合操作；
④将所述的构成材质对应的粉体配制成浆料，然后注入反模泡沫材料增强体所含的所有或部分孔隙中，除去浆料中的溶剂，实现复合操作；
(4)后处理：将步骤(3)所得的基于反模泡沫材料的复合材料进行如下一种或两种以上的后处理：(a)将复合材料置于真空中，或惰性气氛中，或还原性气氛中或空气中，加热至50～3300℃，保温时间10min～24h，压力为1Pa～10MPa取出后空冷或随炉冷却；(b)对复合材料的整体或局部进行退火、正火、回火、淬火中的一种或两种以上的热处理：在空气气氛下或保护气氛下或真空条件下进行整体或局部加热，温度200～1200℃，保温时间10min～6h，所述保护气氛选自高纯氩气保护、高纯氢气保护、高纯氮气保护、高纯氢氩混合气保护中的一种或两种以上；(c)对复合材料进行酸洗/酸腐蚀、碱洗/碱腐蚀、去离子水清洗、烘干中的一种或两种以上的操作；(d)对复合材料进行电化学阳极氧化；
本发明描述的基于反模泡沫材料的复合材料应用于下述任一领域：电磁波吸收材料、电极材料、吸声/降噪材料、隔热材料、低膨胀高导热材料、耐磨材料、润滑材料。
本发明的设计思想是：
本发明复合材料以反模泡沫材料为增强体，此增强体材料宏观上由三维连续的支撑骨架和三维连通的通道孔构建而成，支撑骨架自身为致密的，或为含有纳米级和/或微米级孔径的孔隙。采用本发明所述的制备方法，制得基于反模泡沫材料的复合材料。该复合材料具有高体积占比增强体支撑骨架的同时，三维连通通道孔内基体材料与增强体支撑骨架自身微米和/或纳米级孔隙内基体材料的材质、尺寸和分布均可调控。
本发明采用孔隙率可调控的反模泡沫材料作为增强体材料，并对其三维连通通道孔和支撑骨架本体含有的孔进行全部或部分复合，制备出基于反模泡沫材料的复合材料。该复合材料中增强体的体积分数和构成材质可调控范围宽，制备效率高，成本低是本发明的主要创新点之一。
本发明具有如下优点及有益效果：
1、本发明所述的基于反模泡沫材料的复合材料具有尺寸均可调控的增强体宏观三维连通的通道孔(b)内基体材料和支撑骨架(a)本体含有纳米级和/或微米级孔径的孔隙内基体材料。
2、本发明所述的基于反模泡沫材料的复合材料中，作为增强体材料的反模泡沫材料的支撑骨架占据较高的体积分数。
3、本发明所述的基于反模泡沫材料的复合材料具有构成材质种类广泛，力学性能好等特点。
4、本发明所述的基于反模泡沫材料的复合材料的制备技术中，采用反模泡沫材料作为复合材料增强体，提高制备效率，大幅降低成本，具有很好的应用前景。
5、本发明的创新性在于实现结构与构成材质可调控的基于反模泡沫材料增强体的复合材料，并提出其相关应用。
附图说明
图1为本发明所述反模泡沫材料增强体的宏观形貌：由三维连续的支撑骨架(a)和三维连通的通道孔(b)构建而成，支撑骨架是多孔结构或致密结构；其中，图1-(A)为反模泡沫材料增强体的宏观形貌，图1-(B)为反模泡沫材料的结构单胞示意图，图1-(C)为通道孔(b)在反模泡沫材料增强体内部所占的空间结构示意图，即三维连续的网络结构，横断面为近圆状或椭圆状。
图2为本发明所述基于反模泡沫材料的复合材料的宏观形貌。
图3为本发明所述基于反模泡沫材料的复合材料的材料结构：A——反模泡沫材料增强体的支撑骨架区域；B——基体材料区域。
图4为本发明所述基于致密支撑骨架反模泡沫材料增强体的复合材料的A区结构。
图5为本发明所述基于多孔支撑骨架反模泡沫材料增强体的复合材料的A区结构：多孔支撑骨架孔隙中复合进入基体材料。
具体实施方式
在具体实施方式中，本发明基于反模泡沫材料的复合材料的制备工艺，以支撑骨架为多孔结构或致密结构的反模泡沫材料作为复合材料增强体，以含有主要构成材质的高温熔融体/熔液或主要构成材质对应的粉料配制成浆料或混合粉料填充反模泡沫材料的三维连通通道孔或支撑骨架本体所含孔隙，经致密化-复合-后处理等工艺步骤制得基于反模泡沫材料的复合材料。
所述的反模泡沫材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)牺牲模板泡沫材料的制备工序：首先，采用具有三维连通开孔结构的高分子树脂泡沫材料作为初始模板材料，所述高分子树脂泡沫材料为环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、聚氨酯、聚酯、聚醚中的一种或两种以上；其次，对所述高分子树脂泡沫材料的网络骨架筋进行增粗处理，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
(2)反模泡沫材料预制体制备工序：该工序选自以下的一种或两种以上的组合：
(i)注浆法，首先配制支撑骨架(a)生坯浆料，然后将支撑骨架(a)生坯浆料注入步骤(1)中所得牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，随后于50～300℃进行完全固化，制得反模泡沫材料预制体；
(ii)凝胶注模法，首先将溶剂、有机单体、交联剂、分散剂配制成预混液，再向预混液中加入所述的构成材质对应的粉体，充分混匀制得浆料，再在浆料中加入催化剂、引发剂，充分混匀后获得凝胶注模浆料，在牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，注入凝胶注模浆料，依次经固化、干燥后，制得反模泡沫材料预制体；
(iii)高温浇注法，将所述的构成材质在高温下熔化为液态，再浇注入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，冷却后制得反模泡沫材料预制体；
(iv)真空浇注法，将牺牲模板泡沫材料置入真空容器中，抽真空除去三维连通开孔中的空气，再将所述构成材质的高温熔融液或由所述构成材质对应的粉体配制的浆料，浇注入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，冷却或固化干燥后制得反模泡沫材料预制体；
(v)等静压法，将所述构成材质对应的粉体或由所述构成材质对应的粉体配制的浆料，灌入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，再将其进行热等静压或冷等静压致密化，制得反模泡沫材料预制体；
(vi)采用溶胶-凝胶法，首先将溶剂、溶胶前驱体化合物、交联剂、分散剂、所述的构成材质对应的粉体中的一种或两种以上充分混匀，制得溶胶浆料，在牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中，注入溶胶浆料，依次经凝胶化、陈化、固化、脱溶剂、干燥后，制得反模泡沫材料预制体；
(3)牺牲模板泡沫材料的去除工序：将步骤(2)中制得的反模泡沫材料预制体按如下操作中的一种或两种以上进行预处理：(a)惰性气体保护或真空条件下热处理，升温速率1～10℃/min，温度600～1500℃，保温时间10～300min；(b)酸溶液清洗；(c)碱溶液清洗；(d)丙酮清洗；(e)无水乙醇清洗；(f)去离子水清洗；(g)空气中焙烧，制得反模泡沫材料成型前驱体；
(4)成型工序：该工序选自以下的一种或两种以上的组合：(a)将步骤(3)所得的的反模泡沫材料成型前驱体在空气气氛下或保护气氛下或真空条件下进行高温烧结，温度900～2500℃，保温时间10min～6h；所述保护气氛选自高纯氩气保护、高纯氢气保护、高纯氮气保护、高纯氢氩混合气保护中的一种或两种以上；(b)在保护气氛下或真空条件中对样品施加高电压或大电流进行通电加热完成成型操作，所述保护气氛选自高纯氩气保护、高纯氢气保护、高纯氮气保护、高纯氢氩混合气保护的一种或两种以上；
(5)后处理工序：将步骤(4)中获得的样品进行如下操作中的一种或两种以上：酸溶液清洗、碱溶液清洗、丙酮清洗、无水乙醇清洗、去离子水清洗、空气中焙烧，由此制得具有三维连续的支撑骨架(a)和三维连通的通道孔(b)的反模泡沫材料。
步骤(1)所制备的牺牲模板泡沫材料的主要构成材质是以下物质中的一种或两种以上：聚氨酯、酚醛树脂、环氧树脂、糠醛树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、异氰酸酯、改性异氰酸酯、羧甲基纤维素、醋酸纤维素、淀粉、氧化铝、氧化镁、氧化硅、氧化钙、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化钴、氧化锰、氧化铜、氧化锌、氧化锡、氧化镍、石墨、无定型碳、石墨烯、金刚石、活性炭、有序介孔碳、无序介孔碳、碳纤维、碳纳米管、碳微米管、钾盐、钠盐、钙盐、镁盐、铝盐、亚铁盐、铁盐、铜盐、锰盐、镍盐、锌盐、铵盐、酒石酸盐、亚硫酸氢盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐、卤化物盐、磺化物盐、水杨酸盐、苯甲酸盐、醋酸盐、磷酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、乳酸盐、硫酸盐、硝酸盐、Li、Na、K、Al、Ca、Sr、Mg、Ni、Fe、Cu、V、Cr、Mo、W、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Ag、Pd、Ru、Rh、Au、Pt、Ta、镧系金属、锕系金属的金属单质、或包含上述元素的合金、金属固溶体或金属间化合物，增粗处理选自以下的一种或两种以上的先后配合：
①浆料浸渍涂挂法，具体按如下步骤进行：按主要构成材质成分：溶剂＝100g：(50～200)g的比例配制增粗浆料，将具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料浸入至增粗浆料中，循环进行浸渍-去除多余浆料-半固化操作直至骨架筋粗细程度达到反模泡沫材料的三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，其中，溶剂选自以下的一种或两种以上：水、乙醇、丙酮、乙二醇、环己烷、正己烷、甲苯、二甲苯、四氢呋喃；
②化学镀法增粗：首先以具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料，对其进行敏化-活化处理后，进行化学镀镍、化学镀银、化学镀铜、化学镀钴、化学镀镍磷、化学镀镍磷硼，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
③电镀法或电泳沉积法增粗：对能导电的具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料施加过电位，进行电镀沉积、复合镀沉积、电泳沉积中的一种或两种以上操作，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
④溶胶-凝胶法：先配制含有与牺牲模板泡沫材料主要构成材质对应的前驱体的溶胶，对具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料循环进行“浸渍-去除多余溶胶料-不可逆凝胶化”操作，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质对应的凝胶组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
⑤局部可控聚合：先配制含有固化剂、引发剂、交联剂中的一种或两种以上物质的溶液，对具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料骨架筋表面浸渍负载，然后将其放入含有聚合单体的气体或液体中，在模板泡沫材料骨架筋表面进行原位聚合反应，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
⑥水热合成法：先配制含有与牺牲模板泡沫材料主要构成材质元素对应的水热生长溶液，在具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料骨架表面水热合成，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质对应的水热合成晶体组成的骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料；
⑦化学气相沉积或物理气相沉积法：在具有三维连通开孔结构的模板泡沫材料骨架表面进行化学气相沉积或物理气相沉积，制备由牺牲模板泡沫材料主要构成材质组成的泡沫粗化骨架筋，直至骨架筋粗细程度达到三维连通的通道孔(b)的横断面直径所需尺寸0.1mm～10mm，由此制得牺牲模板泡沫材料。
步骤(2)的方法(i)注浆法中，所述的支撑骨架(a)生坯层浆料由主成分粉料、粘结剂、固化剂、溶剂按50～500g：50～200g：(0～0.2)倍粘结剂质量：1000mL的配比、经充分球磨混料制成；其中，主成分粉料选自金属、陶瓷、高分子或碳材料的一种或两种以上，所述金属材质选自包含Li、Na、K、Al、Ca、Sr、Mg、Ni、Fe、Cu、V、Cr、Mo、W、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Ag、Pd、Ru、Rh、Au、Pt、Ta、镧系金属、锕系金属的金属单质、或包含上述元素的合金、金属固溶体或金属间化合物中的一种或两种以上；所述陶瓷材质选自以下的一种或两种以上：(1)氧化物及复合氧化物：Al2O3、SiO2、ZrO2、MgO、CaO、BeO、SrO、NiO、CuO、TiO2、V2O5、Fe3O、RuO2、WO3、ZnO、SnO2、CdO、Nb2O5、PbO、Pb3O4、Bi2O3、MoO3、Cr2O3、Y2O3、MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、CoO、Co3O4、Co2O3、镧系氧化物、锕系氧化物；莫来石3Al2O3·2SiO2、铝镁尖晶石MgO·3Al2O3、镁铬尖晶石MgO·Cr2O3、锆英石ZrO2·SiO2、正硅酸钙2CaO·SiO2、镁橄榄石2MgO·SiO2、钙钛矿型复合氧化物CaTiO3、BaTiO3、LiNbO3、SrZrO3、LaMnO3；(2)碳化物：碳化硅、碳化锆、碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化钽、碳化钒、碳化铬、碳化铌、碳化钼、碳化铁、碳化锰；(3)氮化物：α-Si3N4、β-Si3N4、AlN、Si6-xAlxOxN8-x、BN；(4)Si；所述高分子材质选自以下的一种或两种以上：(1)聚烯烃类：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈；(2)聚酰胺类：聚己内酰胺PA6、聚癸二酰己二胺PA610、聚十一内酰胺PA11、聚十二二酰己二胺PA612、聚癸二酰癸二胺PA1010；(3)聚酯类：聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚三聚氰酸酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸二丁酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯；(4)聚醚类：聚苯醚、聚苯硫醚；所述碳材料选自以下的一种或两种以上：石墨、无定型碳、石墨烯、金刚石、活性炭、有序介孔碳、无序介孔碳、碳纤维、碳纳米管、碳微米管；粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、羧甲基纤维素、壳聚糖、海藻酸、海藻酸钠、环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、聚氨酯、聚碳硅烷、聚硼氮烷、聚硼硅氧烷、聚硼硅氮烷、聚锆硼硅氮烷的一种或两种以上，溶剂为水、乙醇、丙酮、乙二醇、甲苯、二甲苯中的一种或两种以上；
步骤(2)的方法(ii)凝胶注模法中，所述溶剂为乙醇、丙酮、水中的一种或两种以上；所述有机单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲氧基-聚(乙二醇)甲基丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或两种以上；所述的交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺、二丙烯基酒石酸二酰胺、聚(乙二醇)二甲基丙烯酸中的一种或两种以上；所述引发剂为过硫酸铵、双氧水、盐酸偶氮[2-咪唑啉-2-丙烷]中的一种或两种以上；所述催化剂为四甲基乙二胺；
步骤(2)中方法(i)至方法(vi)所述灌入或注入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中的粉体或浆料内含有造孔剂，以此调控最终获得的反模泡沫材料的支撑骨架(a)的孔隙结构；
步骤(2)所述的反模泡沫材料预制体的支撑骨架预制体的结构为无孔隙结构、部分有孔隙结构、均匀孔隙结构或完全无孔隙结构。
所述调控步骤优选为：(1)造孔剂选自金属造孔剂、氧化物造孔剂、高分子造孔剂、无机盐造孔剂、碳材料造孔剂的一种或两种以上，造孔剂的颗粒大小为1nm～100μm，造孔剂是加入量为灌入或注入牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中的粉体或浆料总质量的0.001％～20％；(2)先采用两种以上含有不同造孔剂的浆料对牺牲模板泡沫材料进行分阶段、依次进行“浸渍浆料-去除多余浆料-半固化”循环操作，在牺牲模板泡沫材料的骨架表面形成具有均质或非均质生坯层，然后在牺牲模板泡沫材料的三维连通开孔中灌入或注入所述的粉体或浆料。
步骤(3)、(4)、(5)中任一步或两步以上组合的操作将孔隙去除，进而制备出具有致密结构支撑骨架(a)的反模泡沫材料。
按照制备基于反模泡沫材料的复合材料的具体过程，列举如下几种实施例：
实施例1
本实施例中，基于反模泡沫碳化硅材料的铝基复合材料的制备工艺如下：
(1)反模泡沫碳化硅材料增强体的选择：选择尺寸为30×30×30mm的反模泡沫碳化硅材料，总孔隙率为30％，支撑骨架为致密结构；任意相邻的两个三维连通通道孔(b)截面的中心位置之间的距离为7mm，通道孔的截面直径为1mm。
本实施例中，采用具有致密结构支撑骨架的反模泡沫碳化硅材料的制备工艺如下：
(Ⅰ)反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料的配制：将氧化铝粉(平均粒径3.5μm)、氧化镁粉(平均粒径3μm)、聚乙烯醇缩丁醛、乙醇按配比50～1000g：1～100g：5～200g：1000mL，经充分球磨混料，经除气泡后制成具有高固体粉含量的反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料。
(Ⅱ)牺牲模板泡沫材料的选择：以平均网孔尺寸为5mm，骨架筋横截面直径尺寸约850μm的聚氨酯树脂泡沫材料作为牺牲模板泡沫材料。
(Ⅲ)反模泡沫材料预制体制备：即反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯的构建。将步骤(Ⅱ)中的牺牲模板泡沫材料剪裁至所需形状和尺寸，然后将步骤(Ⅰ)中的反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料完全填充至步骤(Ⅱ)牺牲模板泡沫材料的平均尺寸为3mm的宏观三维连通网孔中，然后于80～150℃干燥、半固化30分钟～30天，最后于200～300℃完全固化，完成反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯的构建，获得反模泡沫材料预制体。
(Ⅳ)牺牲模板泡沫材料的去除工序：将预制体泡沫材料在高纯氩气(氩气体积分数≥99.999％)或其他惰性气体保护下进行牺牲模板泡沫材料的去除操作，升温速率1～10℃/min，处理温度600～900℃，保温时间10～300min，获得的样品可以选择进行如下操作中的一种或两种以上方法处理：酸溶液清洗、碱溶液清洗、丙酮清洗、无水乙醇清洗、去离子水清洗、空气中焙烧、完全烘干，制得反模泡沫材料成型前驱体。
(Ⅴ)成型工序：将成型前驱体置于真空烧结炉中，在成型前驱体样品上均匀放置平均颗粒尺寸为5mm的硅粉颗粒。温度900～2500℃，保温时间10min～6h。
(Ⅵ)后处理(选用)：将步骤(Ⅴ)中获得的样品进行如下操作中的一种或两种以上方法处理：酸溶液清洗、碱溶液清洗、有机溶剂(包括但不限于丙酮、无水乙醇)清洗、去离子水清洗、空气中焙烧、惰性气氛保护下煅烧，制得反模泡沫材料。
所获得的反模泡沫材料，在宏观上其结构由三维连续的支撑骨架网络和三维连通的通道孔构建而成。其中，三维连续的支撑骨架的化学构成主要包含碳化硅和硅，三维连续的支撑骨架为致密结构；三维连通的通道孔内径的平均尺寸为500μm。该反模泡沫材料的抗压强度为15MPa，总孔隙率(包含三维连通的通道孔的孔隙)为30％。
(2)反模泡沫材料增强体的预处理：将步骤(1)中的反模泡沫材料增强体于空气气氛下加热至800℃，保温30min。
(3)复合：将纯铝加热至780℃熔化为铝液。取出步骤(2)中的预热的反模泡沫材料增强体置于尺寸为32×32×60mm的钢模具中，迅速将铝液倒入模具中并施加压力20MPa，保压30秒后，脱模取出样品，冷却至室温后机械加工除去多余的铝层，获得基于反模泡沫碳化硅材料的铝基复合材料。
该复合材料在宏观上其结构由三维连续的反模泡沫碳化硅增强体和三维连通的通道孔中的铝基体构建而成。其中，反模泡沫材料增强体的支撑骨架的化学构成主要包含碳化硅，任意相邻的两个三维连通通道孔(b)内铝基体截面的中心位置之间的距离为7mm，三维连通的通道孔铝基体截面的平均尺寸为1mm，铝的总体积含量为32％，该复合材料的抗压强度为10MPa。
实施例2
本实施例中，基于反模泡沫碳化硅材料的铜基复合材料的制备工艺如下：
与实施例1不同之处在于，步骤(3)中以纯铜代替纯铝，将铜在1200℃熔化，迅速将铜液倒入模具中并施加压力20MPa，保压30秒后，脱模取出样品，冷却至室温后机械加工除去多余的铜层，获得基于反模泡沫碳化硅材料的铜基复合材料。
该复合材料在宏观上其结构由三维连续的反模泡沫碳化硅增强体和三维连通的通道孔中的铜基体构建而成。其中，反模泡沫材料增强体的支撑骨架的化学构成主要包含碳化硅，任意相邻的两个三维连通通道孔(b)内铜基体截面的中心位置之间的距离为7mm，三维连通的通道孔铜基体截面的平均尺寸为1mm，铜的总体积含量为33％，该复合材料的抗压强度为12MPa。
实施例3
本实施例中，基于反模泡沫碳化硅材料的铁基复合材料的制备工艺如下：
与实施例1不同之处在于，步骤(3)中以铸铁代替纯铝，将铸铁在1500℃熔化，迅速将铸铁液倒入模具中并施加压力25MPa，保压30秒后，脱模取出样品，冷却至室温后机械加工除去多余的铸铁层，获得基于反模泡沫碳化硅材料的铁基复合材料。
该复合材料在宏观上其结构由三维连续的反模泡沫碳化硅增强体和三维连通的通道孔中的铁基体构建而成。其中，反模泡沫材料增强体的支撑骨架的化学构成主要包含碳化硅，任意相邻的两个三维连通通道孔(b)内铸铁基体截面的中心位置之间的距离为7mm，三维连通的通道孔铸铁基体截面的平均尺寸为1mm，铸铁的总体积含量为31％，该复合材料的抗压强度为15MPa。
实施例4
本实施例中，基于反模泡沫碳化硅材料的铝基复合材料的制备工艺如下：
与实施例1不同之处在于，步骤(1)中选择尺寸为30×30×30mm的反模泡沫碳化硅材料，总孔隙率为38％，支撑骨架为多孔结构，支撑骨架本体含有平均孔径为5μm的孔隙；任意相邻的两个三维连通通道孔(b)截面的中心位置之间的距离为5mm，通道孔的截面直径为800μm。步骤(3)中对倒入模具中的铝液施加压力22MPa，保压30秒后，脱模取出样品，冷却至室温后机械加工除去多余的铝层，获得基于反模泡沫碳化硅材料的铝基复合材料。
本实施例中，采用具有多孔结构支撑骨架的反模泡沫碳化硅材料的制备工艺如下：
(Ⅰ)反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料的配制：将碳化硅粉料(平均粒径5μm)、硅粉(平均粒径3.5μm)、酚醛树脂、对甲苯磺酸(固化剂)、乙醇按配比50～1000g：50～1000g：50～200g：(0～0.2)倍酚醛树脂质量：1000mL，经充分球磨混料，经除气泡后制成具有高固体粉含量的反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料。
(Ⅱ)牺牲模板泡沫材料的选择：采用平均网孔尺寸为3mm，骨架筋横截面直径尺寸约550μm的具有三维连通网络结构的聚氨酯树脂泡沫材料，作为牺牲模板泡沫材料。
(Ⅲ)反模泡沫材料预制体制备：即反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯的构建。将步骤(Ⅱ)中的牺牲模板泡沫材料剪裁至所需形状和尺寸，然后将步骤(Ⅰ)中的反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯原料完全填充至步骤(Ⅱ)牺牲模板泡沫材料的平均尺寸为3mm的宏观三维连通网孔中，然后于80～150℃干燥、半固化30分钟～30天，最后于200～300℃完全固化，完成反模泡沫材料支撑骨架(a)生坯的构建，获得反模泡沫材料预制体。
(Ⅳ)牺牲模板泡沫材料的去除工序：将预制体泡沫材料在高纯氩气(氩气体积分数≥99.999％)或其他惰性气体保护下进行牺牲模板泡沫材料的去除操作，升温速率1～10℃/min，处理温度600～900℃，保温时间10～300min，获得的样品可以选择进行如下操作中的一种或两种以上方法处理：酸溶液清洗、碱溶液清洗、丙酮清洗、无水乙醇清洗、去离子水清洗、空气中焙烧、完全烘干，制得反模泡沫材料成型前驱体。
(Ⅴ)成型工序：将成型前驱体在高纯氩气保护或真空条件下进行高温烧结，温度900～2500℃，保温时间10min～6h。
(Ⅵ)后处理(选用)：将步骤(Ⅴ)中获得的样品进行如下操作中的一种或两种以上方法处理：酸溶液清洗、碱溶液清洗、有机溶剂(包括但不限于丙酮、无水乙醇)清洗、去离子水清洗、空气中焙烧、惰性气氛保护下煅烧，制得反模泡沫材料。
此反模泡沫材料在宏观上其结构由三维连续的支撑骨架网络和三维连通的通道孔构建而成。其中，三维连续的支撑骨架的化学构成主要包含碳化硅，三维连续的支撑骨架含有纳米级至微米级孔径的孔隙，平均孔径为5μm，孔隙率为50％；三维连通的通道孔内径的平均尺寸为500μm。该反模泡沫材料的抗压强度为10MPa，总孔隙率(包含支撑骨架内的纳米级至微米级孔径的孔隙和三维连通的通道孔的孔隙)为40％。
该复合材料在宏观上其结构由三维连续的反模泡沫碳化硅增强体和三维连通的通道孔中的铝基体构建而成。其中，反模泡沫材料增强体的支撑骨架的化学构成主要包含碳化硅和铝，任意相邻的两个三维连通通道孔(b)内铝基体截面的中心位置之间的距离为5mm，三维连通的通道孔铝基体截面的平均尺寸为800μm，铝的总体积含量为38％，该复合材料的抗压强度为13MPa。
实施例5
本实施例中，基于反模泡沫氮化硅材料的铸铁基复合材料的制备工艺如下：
(1)反模泡沫氮化硅材料增强体的选择：选择尺寸为30×30×30mm的反模泡沫氮化硅材料，总孔隙率为20％，支撑骨架为致密结构；任意相邻的两个三维连通通道孔(b)截面的中心位置之间的距离为3mm，通道孔的截面直径为500μm。
(2)反模泡沫材料增强体的预处理：将步骤(1)中的反模泡沫材料增强体于空气气氛下加热至800℃，保温30min。
(3)复合：将铸铁加热至1400℃熔化为液体。取出步骤(2)中的预热的反模泡沫材料增强体置于尺寸为32×32×60mm的钢模具中，迅速将铸铁液倒入模具中并施加压力20MPa，保压30秒后，脱模取出样品，冷却至室温后机械加工除去多余的铸铁层，获得基于反模泡沫氮化硅材料的铸铁基复合材料。
该复合材料在宏观上其结构由三维连续的反模泡沫氮化硅增强体和三维连通的通道孔中的铸铁基体构建而成。其中，反模泡沫材料增强体的支撑骨架的化学构成主要包含氮化硅，任意相邻的两个三维连通通道孔(b)内铸铁基体截面的中心位置之间的距离为3mm，三维连通的通道孔铸铁基体截面的平均尺寸为500μm，铸铁的总体积含量为20％，该复合材料的抗压强度为20MPa。
实施例6
本实施例中，基于反模泡沫碳化硅材料的碳基复合材料的制备工艺如下：
(1)反模泡沫碳化硅材料增强体的选择：选择尺寸为30×30×30mm的反模泡沫碳化硅材料，总孔隙率为32％，支撑骨架为致密结构；任意相邻的两个三维连通通道孔(b)截面的中心位置之间的距离为5mm，通道孔的截面直径为1mm。
(2)反模泡沫材料增强体的预处理：将步骤(1)中的反模泡沫材料增强体于空气气氛下加热至50℃，保温30min。
(3)复合：取出步骤(2)中的预热的反模泡沫材料增强体置于尺寸为32×32×60mm的钢模具中，迅速将含有固化剂的酚醛树脂预聚体流体倒入模具中并施加压力10MPa，并保温至85℃，保压保温1h待酚醛树脂完全固化后，脱模取出样品，冷却至室温后机械加工除去多余的树脂层，然后将样品加热至800℃，保温1h至完全热解，获得基于反模泡沫碳化硅材料的碳基复合材料。
该复合材料在宏观上其结构由三维连续的反模泡沫碳化硅增强体和三维连通的通道孔中的碳基体构建而成。其中，反模泡沫材料增强体的支撑骨架的化学构成主要包含碳化硅，任意相邻的两个三维连通通道孔(b)内碳基体截面的中心位置之间的距离为5mm，三维连通的通道孔铝基体截面的平均尺寸为1mm，碳的总体积含量为32％，该复合材料的抗压强度为8MPa。
实施例7
本实施例中，基于反模泡沫氧化锆材料的高铬铸铁基复合材料的制备工艺如下：
(1)反模泡沫氧化锆材料增强体的选择：选择尺寸为30×30×30mm的反模泡沫氧化锆材料，总孔隙率为20％，支撑骨架为致密结构；任意相邻的两个三维连通通道孔(b)截面的中心位置之间的距离为3mm，通道孔的截面直径为1mm。
(2)反模泡沫材料增强体的预处理：将步骤(1)中的反模泡沫材料增强体于空气气氛下加热至800℃，保温30min。
(3)复合：将铸铁、铬铁加热至1500℃熔化。取出步骤(2)中的预热的反模泡沫材料增强体置于尺寸为32×32×60mm的钢模具中，迅速将高铬铸铁熔液倒入模具中并施加压力20MPa，保压30秒后，脱模取出样品，冷却至室温后机械加工除去多余的高铬铸铁层，获得基于反模泡沫氧化锆材料的高铬铸铁基复合材料。
该复合材料在宏观上其结构由三维连续的反模泡沫氧化锆增强体和三维连通的通道孔中的高铬铸铁基体构建而成。其中，反模泡沫材料增强体的支撑骨架的化学构成主要包含氧化锆，任意相邻的两个三维连通通道孔(b)内高铬铸铁基体截面的中心位置之间的距离为5mm，三维连通的通道孔高铬铸铁基体截面的平均尺寸为1mm，高铬铸铁的总体积含量为32％，该复合材料的抗压强度为21MPa。
实施例8
本实施例中，基于反模泡沫碳材料的树脂基复合材料的制备工艺如下：
(1)反模泡沫碳材料增强体的选择：选择尺寸为30×30×30mm的反模泡沫碳材料，总孔隙率为30％，支撑骨架为多孔结构，支撑骨架本体含有平均孔径为3μm的孔隙；任意相邻的两个三维连通通道孔(b)截面的中心位置之间的距离为4mm，通道孔的截面直径为1mm。
(2)反模泡沫材料增强体的预处理：将步骤(1)中的反模泡沫材料增强体于空气气氛下于烘箱中加热至120℃，保温30min。
(3)复合：将环氧树脂预热至60℃。取出步骤(2)中的预热的反模泡沫材料增强体置于尺寸为32×32×60mm的钢模具中，迅速将环氧树脂倒入模具中并施加压力10MPa，保持压力的同时保温120℃，2h，冷却至室温后脱模取出样品，机械加工除去多余的树脂层，获得基于反模泡沫碳材料的树脂基复合材料。
该复合材料在宏观上其结构由三维连续的反模泡沫碳材料增强体和三维连通的通道孔中的树脂基体构建而成。其中，反模泡沫材料增强体的支撑骨架的化学构成主要包含碳，任意相邻的两个三维连通通道孔(b)内树脂基体截面的中心位置之间的距离为4mm，三维连通的通道孔树脂基体截面的平均尺寸为1mm，树脂的总体积含量为30％，该复合材料的抗压强度为4MPa。
实施例9
本实施例中，基于反模泡沫氮化硅材料的不锈钢基复合材料的制备工艺如下：
(1)反模泡沫氮化硅材料增强体的选择：选择尺寸为30×30×30mm的反模泡沫氮化硅材料，总孔隙率为20％，支撑骨架为多孔结构，支撑骨架本体含有平均孔径为3μm的孔隙；任意相邻的两个三维连通通道孔(b)截面的中心位置之间的距离为3mm，通道孔的截面直径为800μm。
(2)反模泡沫材料增强体的预处理：将步骤(1)中的反模泡沫材料增强体于空气气氛下加热至800℃，保温30min。
(3)复合：将纯铁、硅铁、铬铁、锰铁、钛铁、纯镍放入坩埚，加热至1700℃熔化为不锈钢熔液。取出步骤(2)中的预热的反模泡沫材料增强体置于尺寸为32×32×60mm的钢模具中，迅速将不锈钢熔液倒入模具中并施加压力20MPa，保压30秒后，脱模取出样品，冷却至室温后机械加工除去多余的不锈钢层，获得基于反模泡沫氮化硅材料的不锈钢基复合材料。
该复合材料在宏观上其结构由三维连续的反模泡沫氮化硅增强体和三维连通的通道孔中的不锈钢基体构建而成。其中，反模泡沫材料增强体的支撑骨架的化学构成主要包含氮化硅，任意相邻的两个三维连通通道孔(b)内不锈钢基体截面的中心位置之间的距离为3mm，三维连通的通道孔不锈钢基体截面的平均尺寸为800μm，不锈钢的总体积含量为20％，该复合材料的抗压强度为20MPa。
实施例10
本实施例中，基于反模泡沫氮化硅材料的高温合金基复合材料的制备工艺如下：
与实施例9不同之处在于，步骤(1)中选择尺寸为30×30×30mm的反模泡沫氮化硅材料，总孔隙率为38％，支撑骨架为多孔结构，支撑骨架本体含有平均孔径为5μm的孔隙；任意相邻的两个三维连通通道孔(b)截面的中心位置之间的距离为5mm，通道孔的截面直径为800μm。步骤(3)中以高温合金熔液代替不锈钢熔液，对倒入模具中的高温合金熔液施加压力22MPa，保压30秒后，脱模取出样品，冷却至室温后机械加工除去多余的高温合金层，获得基于反模泡沫氮化硅材料的高温合金基复合材料。
该复合材料在宏观上其结构由三维连续的反模泡沫氮化硅增强体和三维连通的通道孔中的高温合金基体构建而成。其中，反模泡沫材料增强体的支撑骨架的化学构成主要包含氮化硅，任意相邻的两个三维连通通道孔(b)内高温合金基体截面的中心位置之间的距离为5mm，三维连通的通道孔高温合金基体截面的平均尺寸为800μm，高温合金的总体积含量为20％，该复合材料的抗压强度为30MPa。
如图1所示，从反模泡沫材料增强体的宏观形貌(A)可以看出，由三维连续的支撑骨架(a)和三维连通的通道孔(b)构建而成的反模泡沫材料(B)，其中该通道孔(b)的结构为三维连续的网络结构(C)，横断面为近圆状或椭圆状。
如图2所示，从基于反模泡沫材料的复合材料的宏观形貌可以看出，其结构由三维连续的反模泡沫材料增强体骨架和三维连通的通道孔中的基体材料构建而成。
如图3所示，从基于反模泡沫材料的复合材料的材料结构可以看出，其材料结构主要包含：A——反模泡沫材料增强体的支撑骨架(a)区域、B——在三维连通的通道孔(b)内复合形成的基体材料区域；结构参数为任意相邻的两个通道孔(b)内基体材料的截面的中心位置之间的距离(d1)、三维连通的通道孔(b)内基体材料的横断面直径(d2)。
如图4所示，从基于致密支撑骨架反模泡沫材料增强体的复合材料的A区结构可以看出，该区域内只有增强体的构成材质，而无基体材料。
如图5所示，从基于多孔支撑骨架反模泡沫材料增强体的复合材料的A区结构可以看出，由于多孔支撑骨架中含有大量孔隙，在复合材料的制备过程中，基体材质进入支撑骨架中的孔隙中。
实施例结果表明，本发明所述的基于反模泡沫材料的复合材料，其增强体是由三维连续的支撑骨架(a)和横断面直径可调控的三维连通的通道孔(b)构建而成的反模泡沫材料，其中，该通道孔(b)的横断面为近圆状或椭圆状。以支撑骨架为多孔结构或致密结构的反模泡沫材料作为复合材料增强体，以含有主要构成材质的高温熔融体/熔液或主要构成材质对应的粉料配制成浆料或混合粉料填充反模泡沫材料的三维连通通道孔或支撑骨架本体所含孔隙，经致密化-复合-后处理等工艺步骤制得基于反模泡沫材料的复合材料。该技术工艺简单，无需复杂设备。所制备的基于反模泡沫材料的复合材料，其创新点在于：采用反模泡沫材料作为复合材料增强体，提高制备效率，大幅降低成本，增强体材料的反模泡沫材料的支撑骨架占据较高的体积分数，构成材质种类广泛，力学性能好，具有很好的应用前景。

Claims (8)

1.一种基于反模泡沫材料的复合材料，其特征在于，该复合材料的增强体是由三维连续的支撑骨架(a)和横断面直径可调控的三维连通的通道孔(b)构建而成的反模泡沫材料；其中，该通道孔(b)的横断面为近圆状或椭圆状；支撑骨架本体材质、支撑骨架自身孔隙内的基体材质、三维连通通道孔内的基体材质选自以下的一种或两种以上：金属、陶瓷、高分子、碳材料；
所述的基于反模泡沫材料的复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）反模泡沫材料增强体的加工，将反模泡沫材料增强体机械加工至设计所需尺寸与形状；
（2）反模泡沫材料增强体的预处理，选自以下的一种或两种以上的组合：
(i) 清洗：包括除油、除锈、酸洗、碱洗、去离子水清洗、烘干中的一种或两种以上的组合操作；
(ii) 热处理：将反模泡沫材料增强体于真空中，或惰性气氛中，或还原性气氛中或空气中，于50～1000℃进行热处理，保温时间10min～24h；
(iii) 电镀：将可导电的反模泡沫材料增强体置于电镀镀液中进行电镀，使得反模泡沫材料增强体支撑骨架本体孔隙和/或三维连通通道孔的孔壁面电镀沉积0.1μm～0.5mm的镀层；
(iv) 化学镀：将反模泡沫材料增强体置于化学镀镀液中进行化学镀，使得反模泡沫材料增强体支撑骨架本体孔隙和/或三维连通通道孔的孔壁面化学镀沉积0.1μm～0.5mm的镀层；
(v) 浸渍涂挂：配制溶胶或浆料，将反模泡沫材料增强体完全浸入溶胶或浆料中，然后去除多余溶胶或浆料后烘干，反复进行此操作直至反模泡沫材料增强体支撑骨架本体孔隙和/或三维连通通道孔的孔壁面覆盖0.1μm～0.5mm的涂层；
(vi) 预反应：将反模泡沫材料增强体置于含有H2、N2、O2、Ar、空气中的一种或两种以上，于50～1000℃进行预反应处理，保温时间10min～24h，目的是让反模泡沫材料增强体的支撑骨架本体材质预先发生还原反应、氮化反应、氧化反应；
(vii) 气相沉积：将反模泡沫材料增强体置于沉积炉中，采用化学气相沉积、物理气相沉积、等离子体气相沉积中的一种或两种以上方式，在反模泡沫材料增强体支撑骨架本体孔隙和/或三维连通通道孔的孔壁面沉积金属涂层、非金属涂层、化合物涂层中的一种或两种以上，涂层厚度为0.1μm～0.5mm；
（3）复合，采用如下操作中的一种或两种以上的组合，对反模泡沫材料增强体所含的所有或部分孔隙进行复合：
① 将构成材质熔融为流动状态，在加压或者在毛细作用下使其填充反模泡沫材料增强体所含的所有或部分孔隙，实现复合操作；
② 在反模泡沫材料增强体所含的所有或部分孔隙中注入含有所述的构成材质对应的有机聚合单体或无机聚合单体的气体或液体，然后在加热或引发剂引发条件下进行聚合，填充反模泡沫材料增强体所含的所有或部分孔隙，实现复合操作；
③ 在振动反模泡沫材料增强体的同时，将所述的构成材质对应的粉末直接填充进反模泡沫材料增强体所含的所有或部分孔隙，然后进行单向加压，或双向加压，或等静压完成致密化，实现复合操作；
④ 将所述的构成材质对应的粉体配制成浆料，然后注入反模泡沫材料增强体所含的所有或部分孔隙中，除去浆料中的溶剂，实现复合操作；
（4）后处理，将步骤(3)所得的基于反模泡沫材料的复合材料进行如下一种或两种以上的后处理：(a) 将复合材料置于真空中，或惰性气氛中，或还原性气氛中或空气中，加热至50～3300℃，保温时间10min～24h，压力为1Pa～10MPa取出后空冷或随炉冷却；(b) 对复合材料的整体或局部进行退火、正火、回火、淬火中的一种或两种以上的热处理：在空气气氛下或保护气氛下或真空条件下进行整体或局部加热，温度200～1200℃，保温时间10min～6h，所述保护气氛选自高纯氩气保护、高纯氢气保护、高纯氮气保护、高纯氢氩混合气保护中的一种或两种以上；(c) 对复合材料进行酸洗/酸腐蚀、碱洗/碱腐蚀、去离子水清洗、烘干中的一种或两种以上的操作；(d) 对复合材料进行电化学阳极氧化。
2.按照权利要求1所述的基于反模泡沫材料的复合材料，其特征在于，所述反模泡沫材料增强体的支撑骨架(a)自身为多孔结构或致密结构，所述多孔结构支撑骨架(a)本体含有纳米级和/或微米级孔径的孔隙。
3.按照权利要求1所述的基于反模泡沫材料的复合材料，其特征在于，所述支撑骨架(a)本体的材质为均质或非均质，所述支撑骨架(a)本体的物理结构或化学结构为各向同性的或各向异性的。
4.按照权利要求1所述的基于反模泡沫材料的复合材料，其特征在于，所述复合材料的任一截面上，任意相邻的两个通道孔(b)内基体材料的截面的中心位置之间的距离(d1)为0.2mm～20mm。
5.按照权利要求1所述的基于反模泡沫材料的复合材料，其特征在于，所述三维连通的通道孔(b)内基体材料的横断面直径(d2)为0.1mm～10mm。
6.按照权利要求1所述的基于反模泡沫材料的复合材料，其特征在于，所述支撑骨架(a)本体孔隙内基体材料任一截面的平均尺寸为0.1nm～100μm，基体材料体积占支撑骨架(a)增强体区域的比例为0<p≤70%。
7.按照权利要求1所述的基于反模泡沫材料的复合材料，其特征在于，所述金属选自包含Li、Na、K、Al、Ca、Sr、Mg、Ni、Fe、Cu、V、Cr、Mo、W、Mn、Co、Zn、Y、Zr、Nb、Ag、Pd、Ru、Rh、Au、Pt、Ta、镧系金属、锕系金属的金属单质、或包含上述金属的合金、金属固溶体或金属间化合物中的一种或两种以上；所述陶瓷材质选自以下的一种或两种以上：（1）氧化物及复合氧化物：Al2O3、SiO2、ZrO2、MgO、CaO、BeO、SrO、NiO、CuO、TiO2、V2O5、RuO2、WO3、ZnO、SnO2、CdO、Nb2O5、PbO、Pb3O4、Bi2O3、MoO3、Cr2O3、Y2O3、MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、CoO、Co3O4、Co2O3、镧系氧化物、锕系氧化物；莫来石3Al2O3·2SiO2、铝镁尖晶石MgO·3Al2O3、镁铬尖晶石MgO·Cr2O3、锆英石ZrO2·SiO2、正硅酸钙2CaO·SiO2、镁橄榄石2MgO·SiO2、钙钛矿型复合氧化物CaTiO3、BaTiO3、LiNbO3、SrZrO3、LaMnO3；（2）碳化物：碳化硅、碳化锆、碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化钽、碳化钒、碳化铬、碳化铌、碳化钼、碳化铁、碳化锰；（3）氮化物：α-Si3N4、β- Si3N4、AlN、Si6-xAlxOxN8-x、BN；（4）Si；所述高分子材质选自以下的一种或两种以上：（1）聚烯烃类：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈；（2）聚酰胺类：聚己内酰胺PA6、聚癸二酰己二胺PA610、聚十一内酰胺PA11、聚十二烷二酰己二胺PA612、聚癸二酰癸二胺PA1010；（3）聚酯类：聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯；（4）聚醚类：聚苯醚、聚苯硫醚；所述碳材料选自以下的一种或两种以上：石墨、无定型碳、石墨烯、金刚石、活性炭、有序介孔碳、无序介孔碳、碳纤维、碳纳米管、碳微米管。
8.一种前述任一权利要求所述的基于反模泡沫材料的复合材料的应用，其特征在于，复合材料用于下述任一领域：电磁波吸收材料、电极材料、吸声/降噪材料、隔热材料、低膨胀高导热材料、耐磨材料、润滑材料。
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