[发明专利]一种通过放电等离子烧结制备层状复合材料的方法

说明书

一种通过放电等离子烧结制备层状复合材料的方法，涉及一种制备层状复合材料的方法。目的是解决现有放电等离子烧结方法制备的层状复合材料结合强度低的问题。方法：对金属板材料表面进行粗糙化处理，然后将多层金属板材叠放，在相邻的金属板材之间平铺一层金属粉体，进行放电等离子烧结。本发明采用低于金属板材熔点的金属粉末作为“粘结剂”，与两侧金属板材形成强的冶金结合，从而实现低温制备高界面结合的金属层状复合材料。本发明适用于制备层状复合材料。

技术领域

本发明涉及一种制备层状复合材料的方法。

背景技术

随着科技的发展，航空航天、铁路运输、建筑与核电等领域对材料的发展提出了更为综合的要求，如高强度、耐蚀性、轻量化与吸振性等。单一的金属材料或受自然资源的局限或因综合性能不足，其应用领域受到极大的限制。通过结构设计，制备出由两种或多种纯金属与合金复合而成的复合材料可以兼具纯金属与合金复合的优势，具有更广泛的应用。层状复合材料属于常见的纯金属与合金的复合材料，常见的层状复合材料包括轻质耐蚀的铝-镁层状复合材料、轻质高强的钛-铝层状复合材料、高导电导热的铜-铝层状复合材料等。

层状复合材料制备方法主要为热压法(包括爆炸成型)、热轧法与粉末冶金方法。其中，放电等离子烧结是一种通过放电加热使待烧结材料局部处于等离子态，从而加速烧结与致密化过程的方法，放电等离子烧结具有加热均匀、烧结温度低、烧结速度快和致密度高的优点。专利CN101733623A中提出了使用金属板材为原材料，通过放电等离子烧结制备层状复合材料的方法，并指出这种方法有着耗能小、效率高、原材料易得、材料界面反应少等优点。但是，现有的放电等离子烧结的烧结过程涉及固-固界面接触与扩散结合，因此对原料板材要求表面平整光滑，制备前须进行磨光，而对于粗糙或有明显加工痕迹的板材，固-固界面接触面积小，难以做到高强度结合，这些因素限制了该方法的广泛应用。

发明内容

本发明为了解决现有放电等离子烧结方法制备的层状复合材料结合强度低的问题，提出一种通过放电等离子烧结制备层状复合材料的方法。

本发明通过放电等离子烧结制备层状复合材料的方法按照以下步骤进行：

首先对金属板材表面进行粗糙化处理至粗糙度大于Ra12.5并用酒精清洗，然后将多层金属板材叠放，在相邻的金属板材之间平铺一层金属粉体形成板材-粉体叠层构件，将板材-粉体叠层构件置于石墨模具内，向石墨模具内的板材-粉体叠层构件施加压力，进行放电等离子烧结，即完成；

所述金属粉体的熔点为两侧的金属板材熔点较低值的0.5～0.9倍；

所述板材-粉体叠层构件中不同层的金属粉体的材质为一种或多种；

所述板材-粉体叠层构件中不同层的金属板材的材质为一种或多种，并且不同层的金属板材的熔点的差值小于200℃。

本发明原理及有益效果为：

本发明基于放电等离子烧结的工作原理，针对当前复合材料制备方法流程长、耗能大、材料界面结合不良等问题，提出了一种低温制备具有平整界面、结合良好、适用范围广的层状复合材料的方法。本发明中采用低于金属板材熔点的金属粉体作为“粘结剂”，与两侧金属板材形成强的冶金结合，从而实现低温制备高界面结合的金属层状复合材料。

1、本发明选用的金属板材表面的粗糙度大于Ra12.5，因此对原始板材表面粗糙度要求低，尤其适合表面有加工痕迹或是轧制态板材的复合。由于金属粉体高的流动性，在烧结过程中粉体可以有效填充板材表面的划痕、凹坑等，提高了复合材料的致密度、界面结合力、均匀塑性变形和抗拉强度，并且复合界面平整，整体性能稳定；