本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬基陶瓷復(fù)合材料。

背景技術(shù)：

在重量敏感行業(yè)，如飛行器、新能源汽車制造等行業(yè)，高強(qiáng)度、低密度材料是人們關(guān)注的主要方向之一。隨著金屬陶瓷復(fù)合材料的興起，在降低材料密度、提升材料性能方面又邁進(jìn)了一大步，例如鋁/陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、鋁/碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、鋁/陶瓷晶須增強(qiáng)復(fù)合材料等，其比強(qiáng)度、比鋼度都大于鋁合金的比強(qiáng)度和比剛度，但鋁/陶瓷顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料、鋁/碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、鋁/陶瓷晶須增強(qiáng)復(fù)合材料等材料的密度也大于鋁合金的密度；而泡沫金屬的出現(xiàn)，在密度方面提供了極優(yōu)異的指標(biāo)，也有很好的強(qiáng)度指標(biāo)，但泡沫金屬的彈性模量較低，從而限制了泡沫金屬在高鋼度穩(wěn)定結(jié)構(gòu)要求條件下的使用，如飛行器的三軸陀螺儀基座，必須使用高模量材料才能保障穩(wěn)固與在振動工作環(huán)境下的精度；同樣，鎂鋰合金可以做到很輕，但其相對低的彈性模量和易燃性，也不適合制作要求高穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)件。

綜上所述，目前的材料均無法同時具有低密度、高模量、高強(qiáng)度的特性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種金屬基陶瓷復(fù)合材料，其金屬基陶瓷復(fù)合材料同時具有低密度、高強(qiáng)度和高模量的特性。

本發(fā)明通過以下技術(shù)手段解決上述問題：

本發(fā)明的一種金屬基陶瓷復(fù)合材料，包括：中空陶瓷微珠和金屬，所述中空陶瓷微珠的體積分?jǐn)?shù)為10%～85%，所述金屬的體積分?jǐn)?shù)為15%～90%。

進(jìn)一步，所述中空陶瓷微珠的體積分?jǐn)?shù)為70%，所述金屬的體積分?jǐn)?shù)為30%。

進(jìn)一步，所述金屬包括鋁、鎂或者鋁鎂合金。

進(jìn)一步，所述中空陶瓷微珠的陶瓷材質(zhì)包括氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、氮化硅和碳化硅中的任一種，或者，所述氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、氮化硅和碳化硅的任意組合。

進(jìn)一步，所述中空陶瓷微珠包括任意兩種粒徑或者多種粒徑的中空陶瓷微珠的組合。

進(jìn)一步，還包括：穿插、銜接或者鑲嵌布置在所述金屬基陶瓷復(fù)合材料中的與所述中空陶瓷微珠材質(zhì)相同或不同的陶瓷結(jié)構(gòu)體。

進(jìn)一步，還包括：穿插、銜接或者鑲嵌布置在所述金屬基陶瓷復(fù)合材料中的金屬結(jié)構(gòu)體。

進(jìn)一步，還包括：添加在所述金屬基陶瓷復(fù)合材料中的實心陶瓷、陶瓷纖維或者碳纖維。

進(jìn)一步，所述金屬基陶瓷復(fù)合材料通過無壓浸滲、真空壓力浸滲、粉末冶金、共噴沉積、3d打印、冷噴涂或者熱噴涂制成。

本發(fā)明的一種金屬基陶瓷復(fù)合材料具有以下有益效果：

本發(fā)明的一種金屬基陶瓷復(fù)合材料，采用一定比例的中空陶瓷微珠和金屬制成，相比較于現(xiàn)有技術(shù)中的金屬基陶瓷復(fù)合材料，其能夠在保持復(fù)合材料的高強(qiáng)度和高模量的同時，還能將復(fù)合材料的密度降低一半，即本發(fā)明的金屬基陶瓷復(fù)合材料同時具有低密度、高強(qiáng)度和高模量的特性。

具體實施方式

以下將對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，本實施例的一種金屬基陶瓷復(fù)合材料包括：中空陶瓷微珠和金屬，所述中空陶瓷微珠的體積分?jǐn)?shù)為10%～85%，所述金屬的體積分?jǐn)?shù)為15%～90%。

可選的，所述中空陶瓷微珠的體積分?jǐn)?shù)為70%，所述金屬的體積分?jǐn)?shù)為30%。

本實施例中，所述金屬包括鋁、鎂或者鋁鎂合金。

本實施例中，所述中空陶瓷微珠的陶瓷材質(zhì)包括氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、氮化硅和碳化硅中的任一種，或者，所述氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、氮化硅和碳化硅的任意組合。

需要說明的是，本發(fā)明的中空陶瓷微珠的陶瓷材質(zhì)還可以為現(xiàn)有技術(shù)中的其他材質(zhì)，例如氮化鋁等，對此不做限制。

本實施例中，所述中空陶瓷微珠包括任意兩種粒徑或者多種粒徑的中空陶瓷微珠的組合。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述金屬基陶瓷復(fù)合材料還包括：穿插、銜接或者鑲嵌布置在所述金屬基陶瓷復(fù)合材料中的與所述中空陶瓷微珠材質(zhì)相同或不同的陶瓷結(jié)構(gòu)體。

需要說明的是，與中空陶瓷微珠材質(zhì)不同的陶瓷結(jié)構(gòu)體是為了增加金屬基陶瓷復(fù)合材料的強(qiáng)度。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述金屬基陶瓷復(fù)合材料還包括：穿插、銜接或者鑲嵌布置在所述金屬基陶瓷復(fù)合材料中的金屬結(jié)構(gòu)體。

需要說明的是，穿插、銜接或者鑲嵌布置在所述金屬基陶瓷復(fù)合材料中的金屬結(jié)構(gòu)體的材質(zhì)可以與上述金屬材質(zhì)相同，也可以不同，本發(fā)明對此不做限制。

需要說明的是，與中空陶瓷微珠材質(zhì)不同或者與金屬材質(zhì)不同的金屬結(jié)構(gòu)體是為了進(jìn)一步增加金屬基陶瓷復(fù)合材料的強(qiáng)度。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述金屬基陶瓷復(fù)合材料還包括：添加在所述金屬基陶瓷復(fù)合材料中的實心陶瓷、陶瓷纖維或者碳纖維。

需要說明的是，添加在所述金屬基陶瓷復(fù)合材料中的實心陶瓷、陶瓷纖維或者碳纖維是為了更進(jìn)一步增加金屬基陶瓷復(fù)合材料的強(qiáng)度。

本實施例中，所述金屬基陶瓷復(fù)合材料通過無壓浸滲、真空壓力浸滲、粉末冶金、共噴沉積、3d打印、冷噴涂或者熱噴涂制成。

示例性的，本發(fā)明的一種金屬基陶瓷復(fù)合材料的制作方法包括如下兩種：

第一種，將一定量的平均直徑為100μm的氧化鋁中空陶瓷微珠、水和高溫粘結(jié)劑放入混料機(jī)混合一小時，并將混合后的陶瓷粉料取出進(jìn)行干燥，然后將干燥后的陶瓷粉料放入方形壓模中壓制成陶瓷預(yù)制件，烘烤硬化陶瓷預(yù)制件，再將硬化后的陶瓷預(yù)制件放入真空壓力鑄造爐內(nèi)的石墨模具中，升溫至760℃，將熔煉后的zl101鋁液注入真空環(huán)境下的所述石墨模具中，并去除真空，施加8mpa氣壓，使得所述鋁液壓入所述硬化后的陶瓷預(yù)制件的縫隙內(nèi)；將壓入鋁液的陶瓷預(yù)制件進(jìn)行冷卻，并從所述石墨模具中取出，得到氧化鋁中空陶瓷微珠復(fù)合材料。

經(jīng)試驗測試，最終制作的氧化鋁中空陶瓷微珠復(fù)合材料的密度為1.5g/cm3，抗彎強(qiáng)度為340mpa，楊氏模量為220gpa。

第二種，將一定量的平均直徑為100μm的氧化鋁中空陶瓷微珠、水和高溫粘結(jié)劑放入混料機(jī)混合一小時，并將混合后的陶瓷粉料取出進(jìn)行干燥，然后將干燥后的陶瓷粉料和體積分?jǐn)?shù)為0.5%的金屬基陶瓷晶須放入混料機(jī)中混合3分鐘，得到金屬基陶瓷晶須混合粉料，再將金屬基陶瓷晶須混合粉料放入方形壓模中壓制成陶瓷預(yù)制件，烘烤硬化陶瓷預(yù)制件，最后將硬化后的陶瓷預(yù)制件懸掛在由氬氣保護(hù)下的熔化鎂鋁鋅合金液上，使得所述硬化后的陶瓷預(yù)制件的下表面與所述熔化鎂鋁鋅合金液貼合，在毛細(xì)作用下，則所述熔化鎂鋁鋅合金液滲入所述硬化后的陶瓷預(yù)制件內(nèi)；排出滲入所述熔化鎂鋁鋅合金液的陶瓷預(yù)制件中的空氣，并進(jìn)行冷卻，得到金屬基中空陶瓷微珠與金屬基陶瓷晶須復(fù)合材料。

經(jīng)試驗測試，最終制作的鋁鎂基中空陶瓷和陶瓷晶須復(fù)合材料的密度為1.28g/cm3，抗彎強(qiáng)度為450mpa，楊氏模量為280gpa。

本發(fā)明的一種金屬基陶瓷復(fù)合材料，采用一定比例的中空陶瓷微珠和金屬制成，相比較于現(xiàn)有技術(shù)中的金屬基陶瓷復(fù)合材料，其能夠在保持復(fù)合材料的高強(qiáng)度和高模量的同時，還能將復(fù)合材料的密度降低一半，即本發(fā)明的金屬基陶瓷復(fù)合材料同時具有低密度、高強(qiáng)度和高模量的特性。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。