[发明专利]一种大尺寸超薄金属基密度梯度材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种大尺寸超薄金属基密度梯度材料及其制备方法和应用。所设计的成品中存在密度呈梯度变化的区域和/或密度呈连续变化的区域；其厚度小于等于3mm且其他两个维度中至少有一个维度的尺寸超过50mm。成形方法为：先预压致孔剂最多的原料粉体得到第一预压坯，然后在第一预压坯上铺设设定粉体，再预压，得到第二预压坯；如此重复直至预压完成，经烧结和脱除致孔剂处理，得到成品。当基体为铝基时，本发明实现样品的密度在1.3‑2.7g/cm³之间的梯度分布，同时在总厚度不超过2mm的前提下梯度层最多可以有10层。本发明制备得到的金属基密度梯度材料性能优异，可以广泛应用于航空航天，国防军工等领域。

技术领域

本发明属于粉末冶金技术领域，特别涉及一种大尺寸超薄金属基密度梯度材料及其制备方法和应用。

背景技术

材料是现代科学技术和社会发展的支柱，现代高科技的竞争在很大程度上依赖于材料科学的发展。对于材料，特别是高性能材料的认知水平、掌握和应用能力，直接体现国家科学技术水平和经济实力，也是一个国家综合国力和文明进步速度的标志。因此，新材料的开发和研究是材料科学发展的先导，是21世纪六大高科技领域的基石。近年来，由于各个学科的成功交叉渗透和科技发展的要求，成功引入了梯度材料的概念。随着科学技术的发展和梯度材料设计理念的改进，其应用也从最初的航天领域扩展到了核工程、生物工程、装甲防护工程、医学工程、电磁工程、光电工程和能源工程等领域。

铝及其合金具有低密度、高比强和高比刚度等优良特性，是目前航空航天领域应用最多的轻质金属材料。近年来，为了进一步发展新型轻质结构材料，以现有均质结构材料研究的最新成果为基础，综合考虑材料的结构功能一体化设计理念，利用梯度结构实现材料的功能一体化成为不可避免的趋势。现有的梯度材料多为致密的异种材料梯度复合，在复合过程中容易在界面处生成不同类型的金属间化合物，大量脆性金属间化合物的存在导致两者的界面结合质量不高。并且梯度层数不多，无法实现多层次的密度梯度分布，同时单层厚度尚未达到微米级。

目前国内外针对大尺寸多层梯度材料的相关制备技术的研究并不多，特别是成形技术和成形设备严重制约了梯度材料的梯度层分布和性能的有机结合。根据梯度材料压坯的成分分布，粉末成形工艺主要有模压成形、致密薄片层叠成形、湿法喷涂成形等多种技术。国内外相关研究者采用模压成形制备梯度材料的过程中，粉末堆积层数有限(工业生产则不超过3层)、尺寸较小(截面积<100cm²)；采用薄片叠层成形一般可以获得的单独压坯薄片厚度一般为0.5mm以上产品，同时，当单独压坯薄片厚度为0.5mm-1mm时，其所得产品的尺寸就更小了。同时，现有技术中，通过粉末冶金法制备超薄金属材料时，成品率一般不高。

综上所述，现有的成形方法和设备都有各种各样的局限性，目前尚未有成熟稳定的工艺实现梯度材料尺寸较大时超薄梯度层分布的有效调控，而国家现代化发展对梯度材料的尺寸和组织性能分布提出了更高的要求。因此，本领域亟需研发一种新的成形方法获得大尺寸超薄的金属基密度梯度材料坯体，进而制备得到满足应用要求的大尺寸超薄金属基密度梯度材料。

发明内容

发明人以克服现有梯度材料成形过程中单层厚度过厚造成应用领域受限的原则，首创多孔结构梯度材料的设计理念，利用叠层铺粉预压-压制成形技术实现大尺寸超薄梯度材料坯体的成形。

本发明的目的在于克服现有梯度材料与多孔结构制备技术的不足，在多孔材料和梯度材料的发展基础上提供一种微米级多孔结构的超薄大尺寸梯度材料粉末冶金成形技术，该方法制备工艺简单，孔隙尺寸和单层厚度可控，操作简单灵活，成品率高等特点。

本发明一种大尺寸超薄金属基密度梯度材料；所述金属基密度梯度材料中存在密度呈梯度变化的区域和/或密度呈连续变化的区域；所述金属基密度梯度材料的三维中至少有一个维度的尺寸超过50mm。且所述金属基密度梯度材料厚度方向的尺寸小于等于3mm、优选为小于等于2mm。