[发明专利]使用压扭的螺旋层压复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及具有螺旋结构的层压复合材料的制备，更具体地，涉及一种新型复合材料的制备方法，其中两种或更多种类型的金属试样被周向地交替设置，然后经受压扭(compressive torsion)以向设置的金属试样施加周向的塑性变形，从而在两种或更多种类型的金属之间形成螺旋的金属结合并同时通过复合制造步骤中施加的大剪切变形改善材料的机械性能，例如强度、硬度、耐磨性等。

背景技术

近来随着对多功能材料需求的日益增加，当任何材料不能满足不同的所需性能时，会通过混合具有优良性能的不同材料制造具有更高性能的材料。

典型地通过包括金属-陶瓷层压板的绝缘材料示例。这种绝缘材料通过混合具有机械刚性的金属和具有隔热的陶瓷，补偿金属的低隔热和陶瓷的脆性。

复合材料的示例包括通过简单地层压两种材料的层压复合材料、通过混合粉末形式的两种组分的颗粒的颗粒复合材料、通过在特定的方向上在基体中植入钢丝或纤维的纤维增强复合材料。

特别地，层压材料主要用于飞机机翼或绝缘材料，由混凝土或通过粉末冶金制造的复合材料是颗粒复合材料的典型示例。而且，纤维增强复合材料可被用在橡胶软管、汽车轮胎等中。

最近，作为轻质结构的新型材料，两种不同材料的层压复合材料受到关注，因为用于单层的材料的性能可被一起使用，从而可以获得例如高的强度和硬度的优异机械性能，优异的耐磨性能或超塑性。

同时，全球正在对晶粒细化进行详尽的研究以改善材料的性能。当金属经历塑性加工时，具有小角度晶界的位错胞结构开始形成，从而，与变形量成比例地增加，位错胞亚晶粒的角度晶界增加并且晶粒还开始逐渐细化。对使用上述性能的金属施加大量的变形从而将金属的晶粒细化为超细晶粒或纳米晶粒的方法被称为“刚塑性处理”，其近来已经变得日益普遍。

在刚塑性处理中，剪切变形，而不是压变形或拉变形，在塑性变形条件方面更有影响，塑性变形条件影响金属的晶粒细化。因此，必须设计模具的形状从而在刚塑性处理过程中尽可能地发生剪切变形。目前已经发展了多种刚塑性处理，包括ECAP(等通道转角挤压)、HPT(高压扭转)、ARB(累积轧合)、ECAR(等径角轧制)等。

发明内容

技术问题

因此，本发明的目的是提供一种层压复合材料的制备方法，与传统方法相比，其能够更简单地制造具有各种结构的复合材料，从而对应于不同性能的需求。

本发明的另一个目的是提供一种复合材料，其包括在厚度方向上螺旋地层压的两种或更多种类型的金属，并且其中其结构可被不同地改变，从而获得简单的层压复合材料无法得到的性能。

技术方案

为了实现上述目的，本发明提供一种制备层压复合材料的方法，该方法包括以下步骤：(a)制备包括不同金属的两种或更多种类型的单元金属试样；(b)在具有上模和下模的模具内周向地设置所述两种或更多种类型的单元金属试样；(c)利用所述上模和所述下模对加载的金属试样施加压应力；以及(d)旋转所述上模和所述下模中的一个或两个以对受压的金属试样施加扭矩。

而且，在根据本发明的方法中，在步骤(b)中，所述两种或更多种类型的单元金属试样可以被周期性地或非周期性地周向设置。

而且，在根据本发明的方法中，在步骤(b)中，可以通过调整加载的单元金属试样的数量控制所述复合材料的性能。

而且，在根据本发明的方法中，在步骤(d)中，可以通过调整旋转的次数控制所述复合材料的性能。

而且，在根据本发明的方法中，在步骤(b)中，A可以是铜或铜合金，B可以是铝或铝合金。

而且，在根据本发明的方法中，所述单元金属试样可以具有扇形或半圆形形状。

另外，本发明提供一种包括两种或更多种不同类型的金属的复合材料，其中，所述两种或更多种类型的金属在厚度方向上被螺旋地层压。

而且，在根据本发明的复合材料中，在所述两种或更多种类型的金属当中，一种可以是铜或铜合金并且另一种可以是铝或铝合金。

而且，在根据本发明的复合材料中，当在厚度方向上观察时，所述复合材料可以被构造为使得所述两种或更多种类型的金属被周期性地和交替地周向设置。

有益效果

根据本发明，复合材料被构造为使得在厚度方向上螺旋地层压两种或更多种类型的金属，从而展现出与简单的层压结构不同的性能。

而且，根据本发明，复合材料的制备方法使得能够通过简单的工艺制备具有优异界面结合性能的复合材料，该工艺包括在模具内加载单元金属试样并且随后进行压力旋转。