[发明专利]具有梯度结构且变形可控的铝基复合多孔材料的制备方法

说明书

本发明的且具有梯度结构且变形可控的铝基复合多孔材料的制备方法，属于铝基复合多孔材料制备技术领域。方法为：将陶瓷空心球按不同目数筛分，在陶瓷空心球表面化学镀铜；将镀铜陶瓷空心球按指定梯度填充方式填充至模具腔内并选择性进行预热；加热铝基体，熔化后达到热平衡状态；开启真空系统，通过缓冲罐调节真空度；将铝液浇铸到模具后，立即密封，通入惰性气体加压，同时打开缓冲罐阀门，使铝液渗透流经镀铜陶瓷空心球间隙，制得铝基复合多孔材料。本发明中陶瓷空心球尺寸与分布的可设计性强，制得的铝基复合多孔材料尺寸大且孔隙率在50％‑60％，在较宽的载荷范围内吸能特性优越，抗冲击性能好，且能承受多次冲击。

技术领域：

本发明属于铝基复合多孔材料制备技术领域，具体涉及一种具有梯度结构且变形可控的铝基复合多孔材料的制备方法。

背景技术：

铝基复合材料具有高比强度、高比模量等优点，与传统泡沫铝相比，其在吸声结构、电磁屏蔽、阻尼等方面发挥着非常显著的作用，是当今世界材料科学高技术领域的研究热点之一。在海洋、国防、铁路、汽车和航空航天工业具有非常巨大的应用潜力。

铝基复合材料的主要制备方法为正压渗流法和负压渗透法。中国专利CN1424416A中，介绍了正压渗透法，在加压浸透过程中需要施加30～55MPa的压力，这种方法渗流进程不易控制，成品中存在较大缺陷。中国专利CN108165836A中，介绍了通过在SiC颗粒表面蒸镀助渗剂Mg，改善了颗粒与铝液的润湿性，用液压渗流的方式制备出铝基复合材料，但这种方法中助渗剂Mg成本高，对气体氛围要求严格，且蒸镀装置复杂。

常见的冲击载荷分为三类：侵彻、冲击波加载、冲击压缩。在复杂的使役环境下，复合材料通常会承受各种不同大小，方式载荷。对泡沫材料来说，在屈服开始到形变达到0.55结束范围内的力学行为(如附图2)对材料的能量吸收特性影响十分关键。铝基泡沫材料在达到屈服后才开始发挥吸能特性，在平台区结束后，材料开始硬化，能量吸收效率显著降低。这种铝基泡沫材料的吸能特性通常只在特定应力范围内表现良好，在冲击吸能方面存在很大的局限性。而且承受冲击载荷时，变形带在泡沫铝中随机产生，导致只能承受单次冲击载荷，难以满足实际复杂使役环境下，极端工况的应用需求。

基于上述问题，需要一种可以承受多次不同载荷方式的大尺寸新型复合铝基材料，满足工业应用。研究制备工艺简单、成本低、带有梯度结构的铝基复合材料是工业应用的急需。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种具有梯度结构且变形可控的大尺寸铝基复合多孔材料的制备方法，该方法选取陶瓷空心球与铝基体为原料，在陶瓷空心球表面化学镀铜改善润湿性后，以特定梯度方式填充陶瓷空心球，以真空渗流和气体加压结合制备具有梯度结构且变形可控的铝基复合多孔材料。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

具有梯度结构且变形可控的铝基复合多孔材料的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：陶瓷空心球分级镀铜

取陶瓷空心球，按不同目数筛分，获得大球、中球与小球三级分级陶瓷空心球，表面进行化学镀铜，获得镀铜后分级陶瓷空心球，所述的陶瓷空心球为Al₂O₃空心球、漂珠或SiC空心球；

步骤2：梯度填充

将镀铜后分级陶瓷空心球梯度填充至模具腔内，形成梯度层，梯度层上方铺设一层铁丝网，其中，所述的梯度填充方式为轴向梯度填充，温度梯度填充或径向梯度填充；

步骤3：铝基体熔化

将铝基体加热至完全熔化后，继续保温，保证铝液达到热平衡状态；

步骤4：铸造过程

(1)开启真空系统，通过缓冲罐调节真空压后，关闭缓冲罐阀门；