CN113737111A - 一种高密度非晶复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高密度非晶复合材料的制备方法，步骤包括：将非晶合金粉末与高密度金属材料置于模腔中，并采用超声波装置的超声波头对该模腔内的非晶合金粉末和高密度金属材料进行超声震动和加压，使得非晶合金粉末软化并与高密度金属材料进行共混、固化形成非晶复合材料。该非晶复合材料具有较高的密度和动能，且该制备方法简单、成本低、节能并适合连续生产。本申请还提供一种上述方法制得的高密度非晶复合材料。

Description

一种高密度非晶复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及非晶材料技术领域，更具体地涉及一种高密度非晶复合材料及其制备方法。
背景技术
非晶合金自1960年被首次发现以来，一直是研究的热点。20世纪90年代采用多元合金化法，降低了非晶合金的临界冷却速度，实现了块体非晶合金的制备，使该类材料的工程应用成为可能。非晶合金具有短程有序、长程无序的结构，使其具有高强度、高弹性极限、抗磨损等优异的力学性能。但由于非晶合金没有晶粒，因此也就没有位错在晶体和晶界处的运动产生的塑性变形，这一特性一方面极大地扩大非晶合金的应用范围，但由于成型条件非常苛刻，故大大限制了非晶合金作为新一代结构材料的应用。
目前，非晶合金一般采用粉末―挤压―烧结法制得，在该方法中，首先采用液相急冷法值得非晶粉末，然后通过热压、急冷成型或扎制等方法将非晶粉末压制并烧结成型。但由于含能非晶合金粉末对氧气的屏蔽要求非常高，因铪锆钛铝等非晶块状成型时极容易氧化，使得压制成型时致密度受到一定限制，故而该工艺制得非晶合金的纯度不够高，导致屈服强度不够，限制其使用范围，因此有必要开发出一种简易、节能的生产工艺来制备高密度的非晶复合材料以解决上述缺陷。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种高密度非晶复合材料的制备方法，能够制得密度高、动能大的非晶材料，且该方法简单、成本较低。
本发明的目的之二是提供一种采用上述方法制得的高密度非晶复合材料。
为了实现上述目的，本发明公开了一种高密度非晶复合材料的制备方法，步骤包括：
将非晶合金粉末与高密度金属材料置于模腔中，并采用超声波装置的超声波头对该模腔内的非晶合金粉末和高密度金属材料进行超声震动和加压，使得非晶合金粉末软化并与高密度金属材料进行共混、固化形成为一种高密度非晶复合材料。
较佳地，所述高密度金属材料为金属颗粒、金属棒材、金属丝材、金属块状、金属粉体中的至少一种。
较佳地，金属丝材或金属棒材直径为0.1mm-15mm。
较佳地，所述高密度金属材料为金属丸子，且该金属丸子的直径为0.1mm-5mm。
较佳地，所述非晶合金粉末选自铪锆钛铝的含能非晶合金粉末或颗粒状。
较佳地，所述高密度金属材料的密度≥7.8g/cm3。
较佳地，所述高密度金属材料选用铁、铜、钼、铀、钨，镍、铬、钴、铍、钽、铌及其合金中的至少一种。
较佳地，超声波频率为15KHz-150KHz。
较佳地，所加压力为10N-500N。
较佳地，将模腔放置在可活动的工作台上，上置超声波的产生器，模腔被操作可旋转或来回，或定位。
相应地，本申请还提供一种高密度非晶复合材料，采用上述的制备方法制得。
本发明的有益效果在于：提供一种高密度非晶复合材料的制备方法，通过超声波头对位于模腔内混合的非晶合金粉末和高密度金属材料进行超声震动和加压，使得非晶合金粉末与高密度金属材料进行共混、固化形成非晶复合材料。该非晶复合材料具有较高的密度和动能，且该制备方法简单、成本低、能实现连续生产。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下进行详予说明。
本申请提供一种高密度非晶复合材料的制备方法，步骤包括：将非晶合金粉末与高密度金属材料置于模腔中进行混合，并采用超声波装置的超声波头对该模腔内混合后的非晶合金粉末和高密度金属材料进行超声震动和加压处理，使得非晶合金粉末软化并与高密度金属材料进行共混、再固化形成非晶复合材料。此种高密度非晶复合材料，具有较大的动能，有效的扩展了非晶材料的应用场景，且该制备方法成本较低及工艺简单。
在上述技术方案中，非晶合金粉末为铪、锆、钛、铝等含能材料，非晶合金粉末为颗粒或丝棒材。进一步地，非晶合金粉末选自铪基、锆基、钛基、铝基的非晶合金粉末或颗粒状，铪锆钛铝的含能非晶合金粉末或颗粒状与高密度金属材料在超声波作用下共混，极大的提高其密度，因而增加非晶复合材料的动能。
在上述技术方案中，高密度金属材料为金属颗粒、金属棒材、金属块状、金属丝材、金属粉体中的至少一种。金属颗粒有利于保证共混的均匀性，有利于提高非晶合金粉末的动能。优选地，采用金属丝材或金属棒材，直径为0.1mm-15mm。在一个优选地实施例中，所述高密度金属材料为金属丸子，且该金属丸子的直径为0.1mm-5mm。通过采用上述直径的金属丸子，丝棒材，或粉末，与非晶合金粉末更均匀共混，有利于制备出性能稳定的高密度非晶复合材料。
在上述技术方案中，所述高密度金属材料选用铁、铜、钼、铀、钨、镍、铬、钴、铍、钽、铌及其合金中的至少一种。高密度金属材料的密度≥7.8g/cm3，如8.9g/cm3的铜，或19.2g/cm3的钨，密度越高超好。密度较大，越能够大幅提高非晶材料的密度和动能，不仅可以提高穿透力，且具有破坏力。比如，在一实施例中，高密度金属材料为铀和钨，但不以此为限。
在上述技术方案中，超声波频率为15KHz-150KHz，比如15KHz、20KHz、30KHz、40KHz、50KHz、60KHz、70KHz、80KHz、90KHz、100KHz、110KHz、120KHz、130KHz、140KHz、150KHz，超声波频率过小，较难实现非晶合金粉末处于过冷相，超声波频率过大，成本高，故而采用上述频率范围。具体操作中视工件的重量和体积进行选择，在此不进行限制。进一步，所加压力为10N-500N，比如10N、50N、100N、200N、300N、400N、500N，具体操作中视工件的大小和厚度进行选择，在此不进行限制。
在上述技术方案中，将模腔放置在可活动的工作台上，上置超声波的产生器，模腔被操作可旋转或来回，或定位而连续生产。也就是说，工作台带动模腔进行旋转或来回运动及定位，并伴随超声震动和加压，使得非晶合金粉末高密度金属材料进行共混、固化形成非晶复合材料，通过工作台带动模腔进行旋转或来回运动及定位，实现连续生产，节能及降低成本。
以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种高密度非晶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤包括：
将非晶合金粉末与高密度金属材料置于模腔中，并采用超声波装置的超声波头对该容器内的非晶合金粉末和高密度金属材料进行超声震动和加压，使得非晶合金粉末软化并与高密度金属材料进行共混、固化形成非晶复合材料。
2.如权利要求1所述的高密度非晶复合材料的制备方法，其特征在于，所述高密度金属材料为金属颗粒、金属棒材、金属丝材、金属块状、金属粉体中的至少一种。
3.如权利要求1所述的高密度非晶复合材料的制备方法，其特征在于，所述高密度金属材料为金属丸子，且该金属丸子的直径为0.1mm-5mm。
4.如权利要求1所述的高密度非晶复合材料的制备方法，其特征在于，所述非晶合金粉末选自铪锆钛铝的含能非晶合金粉末或颗粒状。
5.如权利要求1所述的高密度非晶复合材料的制备方法，其特征在于，所述高密度金属材料的密度≥7.8g/cm3。
6.如权利要求1所述的高密度非晶复合材料的制备方法，其特征在于，所述高密度金属材料选用铁、铜、钼、铀、钨、镍、铬、钴、铍、钽、铌及其合金中的至少一种。
7.如权利要求1所述的高密度非晶复合材料的制备方法，其特征在于，超声波频率为15KHz-150KHz。
8.如权利要求1所述的高密度非晶复合材料的制备方法，其特征在于，所加压力为10N-500N。
9.如权利要求1所述的高密度非晶复合材料的制备方法，其特征在于，
将模腔放置在可活动的工作台上，上置超声波的产生器，模腔被操作可旋转或来回，或定位。
10.一种高密度非晶复合材料，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的制备方法制得。
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