[发明专利]一种碳和轻合金基层状复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种碳和轻合金基层状复合材料及其制备方法，涉及复合材料技术领域。本发明的碳和轻合金基层状复合材料的制备方法“水热碳化沉积法”，包括以下步骤：将轻合金箔或薄板与葡萄糖溶液混合，装入反应釜中，进行水热反应，葡萄糖水热反应后通过静电吸附作用，得到表面沉积有无定形碳的轻合金箔或薄板；将沉积有无定形碳的轻合金箔或薄板进行热压烧结，得到碳和轻合金基层状复合材料。本发明的制备方法工艺简单，易于操作，设备精度要求低，轻合金与碳界面结合良好，复合材料的层状组织均匀，韧性及耐磨性较好，生产成本低。

技术领域：

本发明涉及轻合金复合材料技术领域，具体是一种碳和轻合金基层状复合材料的制备方法。

背景技术：

轻合金具有较低的密度和较高的比强度、比刚度和比模量等优点，是现代工业产品的理想材料，在汽车、航空航天、国防军工等领域具有广泛的应用前景和巨大的应用市场。碳材料由于其较高的强度及良好的自润滑性能被广泛的用于轻合金基复合材料的制备。但随着碳材料含量的增加，复合材料在强度及耐磨性提升的同时其韧性和塑性会严重下降，从而制约了碳材料在复合材料方面的应用。

为了解决上述问题，国内外学者近年来致力于通过引入层状或网状等结构来实现复合材料的高强高韧性。与单一金属或合金相比，层状金属复合材料可改善传统金属难以强韧化的缺点，通过层叠复合后的层状结构材料，沿着层厚方向硬相与软相互独立分配，互不影响，因此软硬相体积分数和成分可随机选择。当层状金属复合材料受到单向的拉伸应力时，应力与应变会均匀分配到软相层和硬相层上，不仅会触发软相层的变形，也会使硬相层变形，这在一定程度上可提高层状金属复合材料的变形协调性和均匀塑性变形能力。

传统的金属层状复合材料的方法制备方法包括粉末冶金法，喷射沉积法等。但以上加工方法具有工艺过程复杂，能源消耗高等，界面结合处易出现裂纹等缺点。

发明内容：

为解决上述背景技术中提及的问题，本发明的目的在于提供一种碳和轻合金基层状复合材料的制备方法。

本发明所采用的技术方案为：一种碳和轻合金层状复合材料，所述层状复合材料包括层状轻合金与分布于该层状合金中的无定形碳，至少两层异质轻合金层与至少一层复合层交替排布，复合层位于两层异质轻合金层之间。

优选的，所述碳和轻合金层状复合材料，所述层状轻合金为轻合金箔或薄板；

所述无定形碳为水热碳球或水热碳膜，单层轻合金箔或薄板厚度为10nm-50mm。

优选的，所述碳和轻合金层状复合材料，所述碳和轻合金层状复合材料中无定形碳的质量百分比为0％-20％。

优选的，所述碳和轻合金层状复合材料，所述复合层为异质轻合金层渗入到无定形碳的间隙中与无定形碳复合形成的一层复合层。

一种碳和轻合金基层状复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

A、将轻合金箔或薄板与葡萄糖溶液混合，装入反应釜中，进行水热反应，热反应温度为50-500℃，水热反应时间为10min-60h；

B、再对步骤1反应后的轻合金箔或薄板进行干燥处理，得到表面沉积有无定形碳的轻合金箔或薄板；

C、将沉积有无定形碳的轻合金箔或薄板进行热压烧结，得到碳和轻合金基层状复合材料。

优选的，所述的碳和轻合金基层状复合材料的制备方法，步骤A中所述葡萄糖溶液是将葡萄糖晶体粉末加入到去离子水中，搅拌1-20min，获得葡萄糖溶液浓度为0.01-20mol/L。