專利名稱：一種點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬-泡沫復(fù)合材料及其制備方法，具體涉及一種點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
超輕多孔金屬材料是近些年來隨著材料制備以及機(jī)械加工技術(shù)的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的一類新穎多功能材料，具有結(jié)構(gòu)功能一體化的特征。其芯體具有高孔隙率，其微結(jié)構(gòu)按規(guī)則程度可分為無序和有序兩大類，前者包括閉孔泡沫鋁材料，而后者包括二維點(diǎn)陣材料 (如波紋結(jié)構(gòu))與三維桁架結(jié)構(gòu)(如金字塔結(jié)構(gòu)、四面體結(jié)構(gòu))。目前，通常的多孔金屬夾層板多為泡沫鋁或波紋等單一結(jié)構(gòu)，僅具備單種功能，或單種功能較強(qiáng)而其它功能弱化，如閉孔硬質(zhì)泡沫鋁作芯材的主要優(yōu)點(diǎn)是具有沖擊能量吸收率高、隔振及隔音等特性，但同時(shí)具有結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度均比點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)芯材低，橫向抗剪切強(qiáng)度及承載能力較低等缺點(diǎn)，這嚴(yán)重限制了泡沫芯夾層結(jié)構(gòu)在主結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用。點(diǎn)陣金屬夾層板橫向抗剪切強(qiáng)度及承載能力較高，但耗能性能較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種將點(diǎn)陣金屬和泡沫鋁相結(jié)合，從而發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，通過復(fù)合的方式實(shí)現(xiàn)各自功能優(yōu)勢(shì)集成，實(shí)現(xiàn)多種功能融合于一身的點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料及其制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的制備方法如下1)首先，將沖孔菱形網(wǎng)、平整過的鋼板網(wǎng)、鋁板網(wǎng)或其它金屬材質(zhì)的網(wǎng)板采用模壓、折疊技術(shù)形成金字塔結(jié)構(gòu)芯體，然后將形成的金字塔結(jié)構(gòu)芯體和面板清洗去除油污和銹跡，采用釬焊或激光焊將金字塔結(jié)構(gòu)芯體與面板焊接制成金字塔結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板；或者首先將平整過的鋼板、鋁板或其它金屬板材采用模壓、折疊技術(shù)形成波紋結(jié)構(gòu)芯體，然后將形成的波紋結(jié)構(gòu)芯體和面板清洗去除油污和銹跡，采用釬焊或激光焊將波紋芯體與面板焊接制成波紋結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板；2)然后，根據(jù)金字塔結(jié)構(gòu)芯體或波紋結(jié)構(gòu)芯體中孔的空間尺寸，采用切割機(jī)將塊狀泡沫鋁切割成與金字塔結(jié)構(gòu)芯體或波紋結(jié)構(gòu)芯體中孔的空間尺寸相適應(yīng)的三角棱柱或者梯形棱柱；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱與金字塔結(jié)構(gòu)芯體或波紋結(jié)構(gòu)芯體接觸面上均勻涂覆一層膠粘劑，然后將三角棱柱或者梯形棱柱插入金字塔結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板或波紋結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板的孔中，插入方式采用間隔性填充，靜置或于40 60°C烘箱中固化， 得到點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料。本發(fā)明所制備的點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料在垂直面板方向呈幾何梯度分布。所述的泡沫鋁為泡沫純鋁或泡沫鋁合金。所述的膠粘劑為聚氨酯或環(huán)氧樹脂類。
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所述的菱形網(wǎng)的材質(zhì)為碳鋼、不銹鋼、純鋁、鋁合金或鈦合金。按本發(fā)明的制備方法制成的點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料，由金字塔結(jié)構(gòu)芯體與面板構(gòu)成的金字塔結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板以及間隔性填充在該金字塔結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板的金字塔結(jié)構(gòu)芯體的孔內(nèi)的泡沫鋁；或由波紋芯體與面板制成的波紋結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板以及間隔性填充在該波紋結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板的波紋結(jié)構(gòu)芯體的孔中的泡沫鋁。本發(fā)明應(yīng)用點(diǎn)陣金屬優(yōu)異的力學(xué)性能以及泡沫的隔聲、吸能、減震的各自優(yōu)勢(shì)，將兩種結(jié)構(gòu)復(fù)合可以結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多功能的耦合，獲得綜合性能更加優(yōu)異的結(jié)構(gòu)功能一體化材料。梯度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在沖擊防護(hù)中可以獲得應(yīng)用，在低速?zèng)_擊下，對(duì)于同一結(jié)構(gòu)，沖擊方向(即梯度系數(shù)的正負(fù))對(duì)其能量吸收特性的影響可以忽略。但是隨著沖擊速度的增加，通過改變梯度系數(shù)的大小和正負(fù)，可以控制材料的能量吸收，將薄弱層排布在沖擊端可以有效降低初始應(yīng)力峰值。另外具有更大程度減輕結(jié)構(gòu)重量的作用，同時(shí)多余的孔隙結(jié)構(gòu)也有利于進(jìn)一步的功能復(fù)合。與蜂窩結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明具有通孔結(jié)構(gòu)，更便于與泡沫的復(fù)合，剩余孔隙更利于進(jìn)一步進(jìn)行其它多功能復(fù)合，具有更低的成本。


圖1波紋-梯度泡沫夾層板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2金字塔-梯度泡沫夾層板的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1 :1)首先，將碳鋼沖孔菱形網(wǎng)采用模壓、折疊技術(shù)形成金字塔結(jié)構(gòu)芯體1， 然后將形成的金字塔結(jié)構(gòu)芯體1和面板2清洗去除油污和銹跡，采用釬焊將金字塔結(jié)構(gòu)芯體1與面板2焊接制成金字塔結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板；2)然后，根據(jù)金字塔結(jié)構(gòu)芯體1中孔4的空間尺寸，采用切割機(jī)將塊狀泡沫純鋁切割成與金字塔結(jié)構(gòu)芯體1中孔4的空間尺寸相適應(yīng)的三角棱柱或者梯形棱柱5 ；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5與金字塔結(jié)構(gòu)芯體1接觸面上均勻涂覆一層鑄工膠，然后將三角棱柱或者梯形棱柱5插入金字塔結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板的孔4中，參見圖 2，插入方式采用間隔性填充，靜置或于40 60°C烘箱中固化，得到在垂直面板方向呈幾何梯度分布的點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料。其中金字塔點(diǎn)陣的相對(duì)密度為1 10%，泡沫鋁密度0. 1 0. 54g/cm3，孔隙率80 95%。實(shí)施例2 1)首先，將平整過的鋼板網(wǎng)采用模壓、折疊技術(shù)形成金字塔結(jié)構(gòu)芯體1，然后將形成的金字塔結(jié)構(gòu)芯體1和面板2清洗去除油污和銹跡，采用激光焊將金字塔結(jié)構(gòu)芯體1與面板2焊接制成金字塔結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板；2)然后，根據(jù)金字塔結(jié)構(gòu)芯體1中孔4的空間尺寸，采用切割機(jī)將塊狀泡沫鋁合金切割成與金字塔結(jié)構(gòu)芯體1中孔4的空間尺寸相適應(yīng)的三角棱柱或者梯形棱柱5 ；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5與金字塔結(jié)構(gòu)芯體1接觸面上均勻涂覆一層樂泰膠，然后將三角棱柱或者梯形棱柱5插入金字塔結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板的孔4中，參見圖2，插入方式采用間隔性填充，靜置或于40 60°C烘箱中固化，得到在垂直面板方向呈幾何梯度分布的點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料。其中金字塔點(diǎn)陣的相對(duì)密度為1 10%，泡沫鋁密度0. 54 0. 81g/cm3，孔隙率70 80%。實(shí)施例3 1)首先將平整過的鋼板采用模壓、折疊技術(shù)形成波紋結(jié)構(gòu)芯體3，然后將形成的波紋結(jié)構(gòu)芯體3和面板2清洗去除油污和銹跡，采用釬焊或激光焊將波紋芯體3 與面板2焊接制成波紋結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板；2)然后，根據(jù)波紋結(jié)構(gòu)芯體3中孔4的空間尺寸，采用切割機(jī)將塊狀泡沫純鋁切割成與波紋結(jié)構(gòu)芯體3中孔4的空間尺寸相適應(yīng)的三角棱柱或者梯形棱柱5 ；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5與波紋結(jié)構(gòu)芯體3接觸面上均勻涂覆一層鑄工膠，然后將三角棱柱或者梯形棱柱5插入波紋結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板的孔4中，參見圖1， 插入方式采用間隔性填充，靜置或于40 60°C烘箱中固化，得到在垂直面板方向呈幾何梯度分布的點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料。其中波紋芯體的相對(duì)密度為1 15%，泡沫鋁密度 0. 1 0. 54g/cm3，孔隙率 80 95%。實(shí)施例4 1)首先將平整過的鋁板采用模壓、折疊技術(shù)形成波紋結(jié)構(gòu)芯體3，然后將形成的波紋結(jié)構(gòu)芯體3和面板2清洗去除油污和銹跡，采用釬焊或激光焊將波紋芯體3 與面板2焊接制成波紋結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板；2)然后，根據(jù)波紋結(jié)構(gòu)芯體3中孔4的空間尺寸，采用切割機(jī)將塊狀泡沫鋁合金切割成與波紋結(jié)構(gòu)芯體3中孔4的空間尺寸相適應(yīng)的三角棱柱或者梯形棱柱5 ；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5與波紋結(jié)構(gòu)芯體3接觸面上均勻涂覆一層樂泰膠，然后將三角棱柱或者梯形棱柱5插入波紋結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板的孔4中，參見圖1， 插入方式采用間隔性填充，靜置或于40 60°C烘箱中固化，得到在垂直面板方向呈幾何梯度分布的點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料。其中波紋芯體的相對(duì)密度為1 15%，泡沫鋁密度 0. 54 0. 81g/cm3，孔隙率 70 80%。實(shí)施例5 1)首先，將鋁板網(wǎng)采用模壓、折疊技術(shù)形成金字塔結(jié)構(gòu)芯體1，然后將形成的金字塔結(jié)構(gòu)芯體1和面板2清洗去除油污和銹跡，采用釬焊或激光焊將金字塔結(jié)構(gòu)芯體1與面板2焊接制成金字塔結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板；2)然后，根據(jù)金字塔結(jié)構(gòu)芯體1中孔4的空間尺寸，采用切割機(jī)將塊狀泡沫純鋁切割成與金字塔結(jié)構(gòu)芯體1中孔4的空間尺寸相適應(yīng)的三角棱柱或者梯形棱柱5 ；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5與金字塔結(jié)構(gòu)芯體1接觸面上均勻涂覆一層鑄工膠，然后將三角棱柱或者梯形棱柱5插入金字塔結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板的孔4中，參見圖 2，插入方式采用間隔性填充，靜置或于40 60°C烘箱中固化，得到在垂直面板方向呈幾何梯度分布的點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料。其中金字塔點(diǎn)陣的相對(duì)密度為1 10%，泡沫鋁密度0. 1 0. 54g/cm3，孔隙率80 95%。實(shí)施例6 1)首先將平整過的鋼板采用模壓、折疊技術(shù)形成波紋結(jié)構(gòu)芯體3，然后將形成的波紋結(jié)構(gòu)芯體3和面板2清洗去除油污和銹跡，采用釬焊或激光焊將波紋芯體3 與面板2焊接制成波紋結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板；2)然后，根據(jù)波紋結(jié)構(gòu)芯體3中孔4的空間尺寸，采用切割機(jī)將塊狀泡沫鋁合金切割成與波紋結(jié)構(gòu)芯體3中孔4的空間尺寸相適應(yīng)的三角棱柱或者梯形棱柱5 ；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱5與波紋結(jié)構(gòu)芯體3接觸面上均勻涂覆一層樂泰膠，然后將三角棱柱或者梯形棱柱5插入波紋結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板的孔4中，參見圖1， 插入方式采用間隔性填充，靜置或于40 60°C烘箱中固化，得到在垂直面板方向呈幾何梯度分布的點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料。其中波紋芯體的相對(duì)密度為1 15%，泡沫鋁密度 0. 1 0. 54g/cm3，孔隙率 80 95%。
權(quán)利要求
1.一種點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于1)首先，將沖孔菱形網(wǎng)、平整過的鋼板網(wǎng)、鋁板網(wǎng)或其它金屬材質(zhì)的網(wǎng)板采用模壓、折疊技術(shù)形成金字塔結(jié)構(gòu)芯體(1)，然后將形成的金字塔結(jié)構(gòu)芯體(1)和面板(2)清洗去除油污和銹跡，采用釬焊或激光焊將金字塔結(jié)構(gòu)芯體(1)與面板(2)焊接制成金字塔結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板；或者首先將平整過的鋼板、鋁板或其它金屬板材采用模壓、折疊技術(shù)形成波紋結(jié)構(gòu)芯體(3)，然后將形成的波紋結(jié)構(gòu)芯體(3)和面板(2)清洗去除油污和銹跡，采用釬焊或激光焊將波紋芯體(3)與面板(2)焊接制成波紋結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板；2)然后，根據(jù)金字塔結(jié)構(gòu)芯體(1)或波紋結(jié)構(gòu)芯體(3)中孔(4)的空間尺寸，采用切割機(jī)將塊狀泡沫鋁切割成與金字塔結(jié)構(gòu)芯體(1)或波紋結(jié)構(gòu)芯體(3)中孔(4)的空間尺寸相適應(yīng)的三角棱柱或者梯形棱柱(5)；3)最后，在三角棱柱或者梯形棱柱(5)與金字塔結(jié)構(gòu)芯體(1)或波紋結(jié)構(gòu)芯體(3)接觸面上均勻涂覆一層膠粘劑，然后將三角棱柱或者梯形棱柱( 插入金字塔結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板或波紋結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板的孔中，插入方式采用間隔性填充，靜置或于40 60°C烘箱中固化，得到點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所制備的點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料在垂直面板方向呈幾何梯度分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的泡沫鋁為泡沫純鋁或泡沫鋁合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的膠粘劑為聚氨酯或環(huán)氧樹脂類。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述的菱形網(wǎng)的材質(zhì)為碳鋼、不銹鋼、純鋁、鋁合金或鈦合金。
6.一種如權(quán)利權(quán)利要求1所述的點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料的制備方法制成的點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料，其特征在于該復(fù)合材料由金字塔結(jié)構(gòu)芯體(1)與面板(2)構(gòu)成的金字塔結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板以及間隔性填充在該金字塔結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板的金字塔結(jié)構(gòu)芯體(1)的孔內(nèi)的泡沫鋁；或由波紋芯體(3)與面板(2)制成的波紋結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板以及間隔性填充在該波紋結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣金屬夾層板的波紋結(jié)構(gòu)芯體(3)的孔中的泡沫鋁。
全文摘要
一種點(diǎn)陣-梯度泡沫鋁復(fù)合材料的制備方法，將點(diǎn)陣金屬材料(包括波紋結(jié)構(gòu)和金字塔結(jié)構(gòu))與切割的泡沫鋁膠接復(fù)合獲得多功能梯度復(fù)合多孔材料。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣金屬材料和泡沫鋁的復(fù)合，獲得具有幾何梯度的點(diǎn)陣-泡沫鋁復(fù)合結(jié)構(gòu)材料夾層板。這種點(diǎn)陣金屬-梯度泡沫鋁復(fù)合材料夾層板，在安全防護(hù)、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造、軍事等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，它能十分有效的減輕結(jié)構(gòu)重量，改善沖擊變形、磁屏蔽等性能，尤其在機(jī)械制造行業(yè)中，更可以發(fā)揮其高強(qiáng)度、高剛度和優(yōu)良的阻尼性能，另外具有較低的制造成本。
文檔編號(hào)B32B3/10GK102416713SQ2011102333
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者盧天健, 張錢城, 金峰, 閆雷雷 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)