[发明专利]一种孔隙特性轻质梯度材料及其应用

说明书

本发明涉及一种孔隙特性轻质梯度材料及其应用。发明中所述轻质梯度材料中存在密度变化的区域,所述的轻质梯度材料中各基体区域的材质保持一致。其制备方法主要包括以下步骤：采用空心氧化铝微球作为造孔剂，在气氛保护下，按照体积比氧化铝微球颗粒：轻质金属粉末＝X：(100‑X)称取粉末，并混合均匀得到不同含量造孔剂的前驱体复合粉末；采用叠层铺粉技术将多体系粉末均匀放入石墨模具中，并在模具中用碳纸包覆以防漏粉；采用真空热压烧结，通过调控烧结工艺参数和压力，得到具有孔隙特性的轻质梯度材料。本发明制备得到的轻质梯度材料无明显变形，通过孔隙率的调控实现了均质材料中的密度梯度分布，并且解决了孔隙分布和形貌难以精准调控的问题。本发明所得产品孔隙分布均匀，性能优良，可广泛用于航空航天，汽车制造等领域。

技术领域

本发明涉及一种孔隙特性轻质梯度材料及其应用，具体涉及一种利用氧化铝空心微球制备孔隙特性轻质梯度材料的粉末冶金制备技术。

背景技术

随着国家科技的飞速发展，对新材料的需求和性能指标都有了更苛刻的要求，科学家和工程师也逐步认识到研发新材料的重要性。梯度是先进材料设计和结构控制的一个特征。密度梯度材料是指材料的组成、构成或结构沿着梯度方向不断变化。成分的逐渐变化也导致梯度材料的性能和功能的梯度分布。因此，梯度材料在满足较高强度要求的同时，仍具有较轻的重量，这种从高强度到低重量的特性可能使其在空间领域得到应用。

铝合金及镁合金具有低密度、高比强和高比刚度等优良特性，是目前国家工业建设中的主流轻质金属材料。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。然而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。

一般来说，孔隙大小梯度是由颗粒大小的变化产生的。基于多孔结构的铝基密度梯度材料可以有效避免界面的存在，显著提高不同层之间的结合强度。在制备过程中，孔径大小和孔隙的均匀性是技术的关键所在，如存在局部大孔等缺陷，这可导致材料的弹性及屈服强度等性能显著降低。目前国内外制备孔隙特性梯度材料的方法并不多，各国学者发展的多孔结构梯度材料的制备方法主要包括电化学法、梯度化学溶解法、粉末湿法喷涂法、离心沉积法、热等静压和粉末烧结工艺相结合法和模压成型法等。但是所制备样品孔隙可控性不高，孔隙形貌不可精准调控，限制了孔隙特性梯度材料的发展和应用。

综上所述，现有的制备方法都有各种各样的局限性，目前还没有成熟稳定的工艺实现梯度材料中孔隙形貌和均匀性分布的有效控制。因此，设计一种新的制备方法获得具有高性能的孔隙特性梯度材料，对国家的现代化建设具有积极的现实意义和良好的应用前景。

发明内容

发明人以克服异种材料梯度复合过程中界面处有害金属间化合物生成造成材料性能降低为原则，发明了孔隙特性轻质梯度材料的设计理念，以同种材质为基体实现材料组织和性能的梯度分布。

本发明的目的在于克服现有梯度材料和多孔材料的结构以及制备技术的不足，在多孔材料和梯度材料的发展基础上提供一种孔隙特性轻质梯度材料的粉末冶金制备技术，该方法具有制备工艺简单，孔隙率和孔径大小可控，操作灵活等特点。

本发明一种孔隙特性轻质梯度材料；所述轻质梯度材料中存在密度变化的区域,所述的轻质梯度材料中各基体区域的材质保持一致。

本发明一种孔隙特性轻质梯度材料；将所述孔隙特性轻质梯度材料沿厚度方向划分成n层，依次定义第1层的密度为A₁、第2层的密度为A₂、……第n层的密度为A_n；所述A₁大于A₂、A_n小于A_n-1；所述n大于2且为整数。

本发明一种孔隙特性轻质梯度材料；第1层的致密度大于等于99％；第n层的孔隙率为80％左右。