[发明专利]用于制备构型复合材料的限域填粉法

说明书

本发明公开了一种用于制备构型复合材料的限域填粉法；利用原料粉末的流动性控制异种粉末分布，粉末经冷压、烧结固化及挤压等塑性变形加工后，可制备出具有特定构型的复合材料。先制备出上下连通的具有特定形状的薄壁构件，随后将薄壁构件放入装粉容器中。装粉容器内部空间便被薄壁构件分隔成薄壁内部a区域，及薄壁构件与装粉容器内壁围成的b区域。在a区域填入A粉末，在b区域填入B粉末，随后拔出薄壁构件，A粉末便以a区域形状分布。对粉末进行固化处理后，进行挤压等塑性变形处理，可以进一步细化结构，从而制备出具有特定构型的复合材料。此方法只要求原材料可制备成粉末状态并具有适当的流动性，为制备具有构型的复合材料提供了开创性思路。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，涉及一种用于制备构型复合材料的限域填粉法；尤其涉及一种通过控制原料粉末分布的限域填粉法实现复合材料成分分布控制的方法。

背景技术

大自然是最好的老师，从生物角度而言，经过漫长的自然选择，生物进化出了各具特色的组织。研究表明，某些生物组织材料如竹子、贝壳、骨等，具有优异的力学性能，其内部特殊的构造对此起着至关重要的作用(图2)。其中，关于贝壳结构的研究表明，贝壳主要由片状碳酸钙晶粒，外加少量蛋白质，微观上形成复杂精细的砖砌结构，这极大提高了贝壳的断裂韧性，其断裂功大大超出了人造复合材料。贝壳这种生物复合材料结合了碳酸钙硬度较高，蛋白质韧性好的优点，实现了脆性无机材料的韧化。而典型的竹壁结构包含有薄壁细胞，起到传递载荷和缓冲作用，纤维结构则起主要承载作用。对竹材的力学性能研究表明，竹杆的平均断裂韧性值高于铝合金的断裂韧性，且其决定性因素为纤维的体积分数。诸如贝壳、竹等生物材料对于新型高性能材料的制备具有重要的借鉴意义，其带来的启发是，对材料进行合理的结构设计是实现其强韧化的可选途径。

通过对现有专利文献的检索发现，专利CN104726730A提供了一种制备层状结构钛基复合材料的方法；采用粉末冶金工艺制备Ti-(TiB+La2O3)/Ti复合材料，先按照增强体体积分数折算所需原料粉末，将粉末球磨混合后，得到混合粉体；另取Ti粉，将所述钛粉和混合粉末在模具中交替叠层铺设后，进行冷压成型，得到层状预置体；将所述层状结构预制体在真空下进行高温致密化烧结。冷却后，采用多道次高温轧制进一步提高层状结构复合材料的相对密度，细化晶粒并改善增强体分布，同时显著减小层厚。然而，专利CN104726730A介绍的叠层铺粉过程，层结构尺寸受人为因素干扰较大，并不稳定、精确；其次层数较大时(例如大于100)，耗时耗力，效率不高；最后该专利仅可用于制备层状这类较简单结构的复合材料，对于环状、纤维状等其他复杂构型的复合材料无能为力。本发明在此基础之上提出一种可快速制备各种构型复合材料的方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于制备具有构型的复合材料的方法，旨在通过采用上下连通的薄壁构件，将装粉容器内部空间分隔成不同区域，在不同区域填充不同粉末，随后拔出薄壁构件，使得粉末呈特定分布，固化加工并进行挤压等塑性变形加工后，可以获得具有构型的复合材料。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明提供了一种用于制备构型复合材料的方法，所述方法包括如下步骤：

S1、根据所设计复合材料的构型制备出相应形状的薄壁构件；

S2、将薄壁构件置于装粉容器中，装粉容器内部空间被薄壁构件分隔成薄壁内部区域，及薄壁构件与装粉容器内壁围成的外区域；

S3、采用具有适当流动性的原料粉末，在薄壁内部区域和外区域分别填入不同的原料粉末；

S4、拔出薄壁构件，薄壁内部区域内的原料粉末便以该区域形状分布；

S5、将粉末进行固化。

作为本发明的一个实施方案，所述薄壁构件是上下连通的。所述薄壁构件内壁可以是平直的、也可以是弯曲的。