權利要求

1.鋁基多孔復合夾芯結構的制備方法，其特征在于，包括：將自下而上疊加的下層金屬面板、鋁基多孔復合原料和上層金屬面板進行預壓成形得到待燒結坯體，將所述待燒結坯體進行等離子熱壓燒結。2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述待燒結坯體的制備過程包括：將所述下層金屬面板、所述鋁基多孔復合原料和所述上層金屬面板依次裝入模具中，施加壓力進行保壓； 優(yōu)選地，所述預壓成形的操作壓力為10-30MPa，保壓時間為5-10min； 優(yōu)選地，在裝入所述鋁基多孔復合原料之后進行一次預壓，再裝入所述上層金屬面板進行預壓成形。 3.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述鋁基多孔復合原料包括鋁合金粉體和空心微球； 優(yōu)選地，所述鋁基多孔復合原料是將多層多孔芯層進行逐層鋪設形成，每層所述多孔芯層均是由鋁合金粉體和空心微球混合而得，且相鄰的兩層所述多孔芯層中至少一個參數(shù)指標不同；其中，所述參數(shù)指標包括兩種原料的粒度、材質和配比； 優(yōu)選地，多個所述多孔芯層呈梯度變化； 優(yōu)選地，所述多孔芯層的層數(shù)為2-5層。 4.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，每次鋪設一層所述多孔芯層均進行一次預壓，每次預壓的操作壓力為10-30MPa，保壓時間為3-5min。 5.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述鋁合金粉體的粒度為100-1000目，所述空心微球的粒度為16-1000目； 優(yōu)選地，所述參數(shù)指標中的配比是指所述鋁合金粉體或所述空心微球的體積與復合材料總體積比例。 6.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述鋁合金粉體的材質選自1xxx系鋁合金、2xxx系鋁合金、3xxx系鋁合金、4xxx系鋁合金、5xxx系鋁合金、6xxx系鋁合金和7xxx系鋁合金中的至少一種； 優(yōu)選地，所述空心微球的材質選自陶瓷類空心微球、玻璃類空心微球和熔點高于鋁合金粉體熔點的金屬類空心微球中的至少一種。 7.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述下層金屬面板和所述上層金屬面板的材質選自鋁、鈦、鋼、鋁合金和鈦合金中的至少一種； 優(yōu)選地，所述下層金屬面板和所述上層金屬面板在裝填之前進行表面磨光處理； 優(yōu)選地，當所述下層金屬面板或所述上層金屬面板的材質采用非鋁質面板時，在所述非鋁質面板和所述鋁基多孔復合原料之間設置鋁箔。 8.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述等離子熱壓燒結的過程中分為兩步進行控溫，先升溫至400-460℃保溫3-5min，再升溫至500-600℃保溫3-10min，然后再進行降溫； 優(yōu)選地，升溫速率為80-100℃/min，在升溫和保溫過程中均施加壓力5-15MPa； 優(yōu)選地，先以80-120℃/min的降溫速率降溫至100℃以下，再自然冷卻。 9.鋁基多孔復合夾芯結構，其特征在于，通過權利要求1-8中任一項所述的制備方法制備而得。 10.權利要求9所述的鋁基多孔復合夾芯結構在航空航天、國防軍工或汽車交通中的應用。

說明書

鋁基多孔復合夾芯結構及其制備方法和應用

技術領域

本發(fā)明涉及鋁基材料技術領域，具體而言，涉及一種鋁基多孔復合夾芯結構及其制備方法和應用。

背景技術

鋁基多孔復合夾芯結構是由鋁基多孔復合材料芯層和致密金屬面板復合制成的一類新型層狀多孔金屬復合材料，兼具輕質、高比強度、高比剛度、抗沖擊、振動阻尼性能好、電磁屏蔽以及功能可設計性等綜合特性，符合航空航天、國防軍工、汽車交通等領域對材料提出的輕量化和多功能化的要求。

現(xiàn)有技術中，層狀多孔金屬復合材料的制備方法主要有膠粘法、釬焊法和擴散焊連接法等。膠粘法依賴于膠粘劑的粘質特性，結合強度偏低、耐候性一般，在高溫、腐蝕或循環(huán)應力下易變質或老化，使用具有限制性。釬焊法和擴散焊連接法在一定程度上彌補了膠粘法的不足，但釬焊法的使用難以消除鋁基多孔復合材料芯層與鋁質面板層間氧化膜的影響，引起界面結合強度不足；而擴散焊連接法需提供較高壓力實現(xiàn)界面的原子擴散，鋁基多孔復合材料芯層在較高壓力下易變形。

鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鋁基多孔復合夾芯結構的制備方法，旨在提供一種工藝流程短、可設計性極強的制備方法。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種鋁基多孔復合夾芯結構，其具有結合強度高、結構和性能穩(wěn)定性好、綜合性能優(yōu)良的優(yōu)點。

本發(fā)明的第三目的在于提供上述鋁基多孔復合夾芯結構在航空航天、國防軍工或汽車交通中的應用。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：

第一方面，本發(fā)明提供一種鋁基多孔復合夾芯結構的制備方法，包括：將自下而上疊加的下層金屬面板、鋁基多孔復合原料和上層金屬面板進行預壓成形得到待燒結坯體，將待燒結坯體進行等離子熱壓燒結。

在可選的實施方式中，待燒結坯體的制備過程包括：將下層金屬面板、鋁基多孔復合原料和上層金屬面板依次裝入模具中，施加壓力進行保壓；

優(yōu)選地，預壓成形的操作壓力為10-30MPa，保壓時間為5-10min；優(yōu)選地，在裝入鋁基多孔復合原料之后進行一次預壓，再裝入上層金屬面板進行預壓成形。

在可選的實施方式中，鋁基多孔復合原料包括鋁合金粉體和空心微球；

優(yōu)選地，鋁基多孔復合原料是將多層多孔芯層進行逐層鋪設形成，每層多孔芯層均是由鋁合金粉體和空心微球混合而得，且相鄰的兩層多孔芯層中至少一個參數(shù)指標不同；其中，參數(shù)指標包括兩種原料的粒度、材質和配比；

優(yōu)選地，多個多孔芯層呈梯度變化；

優(yōu)選地，多孔芯層的層數(shù)為2-5層。

在可選的實施方式中，每次鋪設一層多孔芯層均進行一次預壓，每次預壓的操作壓力為10-30MPa，保壓時間為3-5min。

在可選的實施方式中，鋁合金粉體的粒度為100-1000目，空心微球的粒度為16-1000目；優(yōu)選地，參數(shù)指標中的配比是指鋁合金粉體或空心微球的體積與復合材料總體積比例。

在可選的實施方式中，鋁合金粉體的材質選自1xxx系鋁合金、2xxx系鋁合金、3xxx系鋁合金、4xxx系鋁合金、5xxx系鋁合金、6xxx系鋁合金和7xxx系鋁合金中的至少一種；優(yōu)選地，空心微球的材質選自陶瓷類空心微球、玻璃類空心微球和熔點高于鋁合金粉體熔點的金屬類空心微球中的至少一種。

在可選的實施方式中，下層金屬面板和上層金屬面板的材質選自鋁、鋼、鈦、鋁合金和鈦合金中的至少一種；優(yōu)選地，下層金屬面板和上層金屬面板在裝填之前進行表面磨光處理；優(yōu)選地，當下層金屬面板或上層金屬面板的材質采用非鋁質面板時，在非鋁質面板和鋁基多孔復合原料之間設置鋁箔。

在可選的實施方式中，等離子熱壓燒結的過程中分為兩步進行控溫，先升溫至400-460℃保溫3-5min，再升溫至500-600℃保溫3-10min，然后再進行降溫；優(yōu)選地，升溫速率為80-100℃/min，在升溫和保溫過程中均施加壓力5-15MPa；優(yōu)選地，先以80-120℃/min的降溫速率降溫至100℃以下，再自然冷卻。

第二方面，本發(fā)明提供一種鋁基多孔復合夾芯結構，通過前述實施方式中任一項的制備方法制備而得。

第三方面，本發(fā)明提供前述實施方式的鋁基多孔復合夾芯結構在航空航天、國防軍工或汽車交通中的應用。

本發(fā)明具有以下有益效果：采用下層金屬面板、鋁基多孔復合原料和上層金屬面板進行依次疊加之后進行預壓得到待燒結坯體，將待燒結坯體進行等離子熱壓燒結，該制備方法在同一工序完成鋁基多孔芯層復合及其與金屬面板的界面冶金結合，工藝流程短，且能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)上、下金屬面板的冶金結合，得到的鋁基多孔復合夾芯結構界面結合強度高、結構穩(wěn)定性好，綜合性能優(yōu)良。

此外，本發(fā)明所提供的制備方法可設計性極強，鋁基多孔復合原料作為芯層可以通過鋁合金粉體和空心微球粒度的粒徑、材質和配比的組合梯度設計，使多孔芯層形成功能梯變，可以應不同的服役環(huán)境和性能需求進行調(diào)控。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例的工藝流程圖；

圖2為實施例1制備得到的復合結構鋁基多孔復合材料芯層與鋁面板的金相照片；

圖3為實施例1制備得到的復合結構鋁基多孔復合材料芯層與鋼面板的金相照片；

圖4為實施例1制備得到的復合結構鋁基多孔復合材料芯層與鋼面板的掃描電子顯微照片；

圖5為對比例1制備得到的復合結構鋁基多孔復合材料芯層與鋼面板的顯微組織照片；

圖6為鋁基多孔復合材料芯層與金屬面板間界面剪切強度測試試驗示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

本發(fā)明實施例提供一種鋁基多孔復合夾芯結構的制備方法，請參照圖1，包括以下步驟：

S1、鋁基多孔復合原料的制備

鋁基多孔復合原料是鋁合金粉體和空心微球進行混合而得，具體組成根據(jù)預先的多孔芯層設計進行選擇，該鋁基多孔復合原料在制備過程中作為多孔芯層進行預壓和燒結，進而形成夾芯結構。

在實際操作過程中，鋁基多孔復合原料是將鋁合金粉體和空心微球在混料機上均勻混合4-12h。

需要說明的是，鋁基多孔復合原料的具體形態(tài)可控，可以將鋁合金粉體和空心微球的粒度、材質和配比作為參考指標，根據(jù)需要將特定粒徑和材質的原料混合，在混合時控制兩種原料占總體積的比例。

具體地，參數(shù)指標中的配比是指鋁合金粉體或空心微球的體積與復合材料總體積比例，如控制空心微球的體積占比為50％，則鋁合金粉體的體積占比也為50％。也就是說，復合材料的總體積是指混合之前兩種材料的總體積，兩種材料的體積占比之和為1。

在一些實施例中，鋁合金粉體的粒度為100-1000目，鋁合金粉體的材質選自1xxx系鋁合金、2xxx系鋁合金、3xxx系鋁合金、4xxx系鋁合金、5xxx系鋁合金、6xxx系鋁合金和7xxx系鋁合金中的至少一種，1xxx系-7xxx系均可以用于制備鋁基多孔復合材料芯層。

在一些實施例中，空心微球的粒度為16-1000目，空心微球的材質選自陶瓷類空心微球、玻璃類空心微球和熔點高于鋁合金粉體熔點的金屬類空心微球中的至少一種，以上幾種類型的空心微球均適合于和鋁合金粉體形成鋁基多孔復合材料芯層。

為形成梯度分布的多孔芯層結構，可以制備多組鋁基多孔復合原料，在后續(xù)裝填時逐層鋪設即可。梯度分布是由參數(shù)指標不同的多組多孔復合原料層疊獲得。在實際梯度設計時可以是以上指標中的至少一個指標不同，也可以是2個指標甚至更多指標不同，可以根據(jù)應用的環(huán)境進行針對性調(diào)控。

在一些實施例中，可以將多孔復合原料設計為以上參數(shù)指標沿軸向呈漸變式梯度分布或周期排布的方式，實現(xiàn)多孔芯層的結構與成分梯度調(diào)控。

S2、裝填與預壓

將自下而上疊加的下層金屬面板、鋁基多孔復合原料和上層金屬面板進行預壓成形得到待燒結坯體。在實際操作過程中，待燒結坯體的制備過程包括：將下層金屬面板、鋁基多孔復合原料和上層金屬面板依次裝入模具中，施加壓力進行保壓。模具的材質不限，可以為常用的石墨模具。

進一步地，下層金屬面板和上層金屬面板的材質選自鋁、鋼、鈦、鋁合金和鈦合金中的至少一種；本發(fā)明中涉及的“上”“下”是相對的，在不同應用環(huán)境中，對于“上”“下”的理解可以互換。

在優(yōu)選的實施例中，當下層金屬面板或上層金屬面板的材質采用非鋁質面板時，在非鋁質面板和鋁基多孔復合原料之間設置鋁箔。在裝填的金屬面板為非鋁質金屬面板(是指鋼、鈦和鈦合金中的至少一種)時，于非鋁質金屬面板與鋁基多孔復合原料之間內(nèi)置鋁箔，協(xié)助非鋁質金屬面板與鋁基多孔復合材料芯層在后續(xù)燒結過程中實現(xiàn)鋁元素與非鋁元素間的互擴散，從而使非鋁質金屬面板與鋁基多孔復合材料芯層之間形成良好冶金結合界面。

需要說明的是，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)采用等離子熱壓燒結的制備時間短，在燒結過程中鋁基多孔復合原料與非鋁質金屬面板尚未能及時發(fā)生有效的原子擴散形成冶金結合界面，此時，在鋁基多孔復合原料與非鋁質金屬面板間內(nèi)置鋁箔有助于兩者間的冶金結合，鋁箔在燒結過程中易于與鋁基多孔復合原料和非鋁質金屬面板同時進行熔合，形成過渡界面，從而實現(xiàn)冶金結合。

在一些實施例中，為達到更好的結合效果，下層金屬面板和上層金屬面板在裝填之前進行表面磨光處理。

進一步地，預壓成形的操作壓力為10-30MPa，保壓時間為5-10min。通過預壓形成待燒結坯體，該燒結體致密度較高，經(jīng)過短時間的等離子熱壓燒結即可形成冶金結合界面。具體地，預壓的操作壓力可以為10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa等，也可以為以上相鄰兩個壓力之間的任意值；保壓時間可以根據(jù)加壓的壓力而定，可以為5min、6min、7min、8min、9min、10min等，或以上相鄰兩個時間之間的任意值。

對于多孔芯層為多層的情況，鋁基多孔復合原料是將多層多孔芯層進行逐層鋪設形成，每層多孔芯層均是由鋁合金粉體和空心微球混合而得，且相鄰的兩層多孔芯層中至少一個參數(shù)指標不同；其中，參數(shù)指標包括兩種原料的粒度、材質和配比，可以為1個參數(shù)指標不同，也可以為2-3個參數(shù)指標不同。

在一些實施例中，多個多孔芯層呈梯度變化，可以是粒徑、體積比等參數(shù)指標呈梯度變化，可以根據(jù)需要進行設計。多孔芯層的層數(shù)可以為2-5層，如2層、3層、4層、5層。

在一些實施例中，對于多孔芯層為多層的情況，每次鋪設一層多孔芯層均進行一次預壓，每次預壓的操作壓力為10-30MPa，保壓時間為3-5min。每鋪設一層多孔芯層進行一次預壓，以保證每層復合原料的致密度，進而提升最終產(chǎn)品的綜合性能。具體地，每次預壓的操作壓力可以為10MPa、15MPa、20MPa、25MPa、30MPa等，也可以為以上相鄰兩個壓力之間的任意值；保壓時間可以根據(jù)加壓的壓力而定，可以為3min、4min、5min等，或以上相鄰兩個時間之間的任意值。

S3、燒結

將待燒結坯體進行等離子熱壓燒結，該待燒結坯體是S2中預壓成形之后得到的。在實際操作過程中，燒結是將預壓成形之后的石墨模具直接進行等離子熱壓燒結。

在一些實施例中，等離子熱壓燒結的過程中分為兩步進行控溫，先升溫至400-460℃保溫3-5min，再升溫至500-600℃保溫3-10min，然后再進行降溫。燒結為兩步控溫可以使制備得到的復合材料的復合效果更好，防止在升溫過程中出現(xiàn)復合原料噴出的現(xiàn)象的同時，保證復合原料與上下層金屬面板之間的元素擴散冶金結合。

具體地，第一階段控溫溫度可以為400℃、410℃、420℃、430℃、440℃、450℃、460℃，或以上相鄰兩個溫度之間的任意值；保溫時間可以根據(jù)控溫溫度而定，可以為3min、4min、5min，或以上相鄰兩個時間之間的任意值。第二階段控溫溫度可以為500℃，510℃，520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃、580℃、590℃、600℃，或以上相鄰兩個溫度之間的任意值；保溫時間可以根據(jù)控溫溫度而定，可以為3min、4min、5min、6min、7min、8min、9min、10min等，或以上相鄰兩個時間之間的任意值。

進一步地，升溫階段，控制升溫速率為80-100℃/min，在升溫和保溫過程中均施加壓力5-15MPa。具體地，升溫速率可以為80℃/min、90℃/min、100℃/min等，施加的壓力可以為5MPa、6MPa、7MPa、8MPa、9MPa、10MPa、11MPa、12MPa、13MPa、14MPa、15MPa，或以上相鄰兩個壓力之間的任意值。

進一步地，在降溫階段，先以80-120℃/min的降溫速率降溫至100℃以下，再自然冷卻。降溫的速率可以為80℃/min、90℃/min、100℃/min、110℃/min、120℃/min等。

本發(fā)明實施例還提供一種鋁基多孔復合夾芯結構，通過上述制備方法制備而得。其中，鋁基多孔復合材料芯層與金屬面板實現(xiàn)一體化制備，界面結合強度高、結構穩(wěn)定性好，綜合性能優(yōu)良。

此外，鋁基多孔復合材料芯層可通過鋁合金粉體與空心微球粒度、材質和配比的組合梯度進行功能梯變調(diào)控，制備得到的鋁基多孔復合夾芯結構可在航空航天、國防軍工、汽車交通等領域得到應用。

以下結合實施例對本發(fā)明的特征和性能作進一步的詳細描述。

實施例1

本實施例提供一種鋁基多孔復合夾芯結構的制備方法，包括：

(1)鋁基多孔復合原料制備：按照空心微球體積分數(shù)為50％，稱取目粒度為150-400目的玻璃空心微球和目粒度為150-400目的1100鋁粉，放入混料機中混合4h。

(2)預壓成形：將厚度為5mm的鋼板和1100鋁板用磨床進行表面磨光處理。將表面處理后的1100鋁板、步驟(1)的鋁基多孔復合原料、鋼板沿石墨模具軸向由下到上依次逐層鋪陳，裝入鋁基多孔復合原料后即加壓20MPa，保壓5min，隨后在鋁基多孔復合原料上置入一鋁箔后裝入鋼板形成整體復合夾芯結構，對整體復合夾芯結構施壓30MPa，保壓5min得到復合夾芯結構坯體。

(3)等離子熱壓燒結：將裝有復合夾芯結構坯體的石墨模具置于爐腔中，真空度為80Pa，以80℃/min從室溫升溫至400℃，保溫5min，再升溫至600℃，保溫3min，加熱與保溫過程中施加5MPa壓力，隨后以80℃/min降溫至100℃，取出在空氣中自然冷卻。

本實施例制得了上下面板分別為鋼、鋁的鋁基多孔復合夾芯結構，鋁基多孔復合材料芯層空心微球體積分數(shù)實際為47.5％。

圖2為本實施例鋁基多孔復合材料芯層與鋁面板的金相照片，A區(qū)域為鋁基多孔復合材料芯層，B區(qū)域為鋁面板，可觀察到，鋁基多孔復合材料芯層與鋁面板間實現(xiàn)良好熔合，無明顯界面層；

圖3為本實施例鋁基多孔復合材料芯層與鋼面板的金相照片，C區(qū)域為鋼面板，A區(qū)域為鋁基多孔復合材料芯層，鋁箔的添加使鋁基多孔復合材料芯層與鋼面板實現(xiàn)良好冶金結合。

圖4為鋁基多孔復合材料芯層與鋼面板的掃描電子顯微照片，可觀察到鋁基多孔復合材料芯層與鋼面板間形成元素擴散的過渡界面。

實施例2

本實施例提供一種鋁基多孔復合夾芯結構的制備方法，包括：

(1)鋁基多孔復合原料制備：按照空心微球體積分數(shù)為30％、50％形成兩組原料，每組原料的制備均是稱取對應體積、目粒度為60-150目的Al 2O 3陶瓷空心微球，與200-400目1100鋁粉混合，分別放入混料機中混合12h。

(2)預壓成形：將厚度為8mm的TC4鈦板和1100鋁板用磨床進行表面磨光處理。將表面處理后的1100鋁板、步驟(1)的鋁基多孔復合原料、TC4鈦板沿石墨模具軸向由下到上依次逐層鋪陳，鋁基多孔復合原料由下到上的空心微球體積分數(shù)為50％、30％，每裝入一組鋁基多孔復合原料后即加壓10MPa，保壓5min，隨后在鋁基多孔復合原料上置入一鋁箔后裝入TC4鈦板形成整體復合夾芯結構，對整體復合夾芯結構施壓10MPa，保壓10min。

(3)等離子熱壓燒結：將裝有復合夾芯結構坯體的石墨模具置于爐腔中，真空度為60Pa，以100℃/min從室溫升溫至460℃，保溫3min，再升溫至550℃，保溫6min，加熱與保溫過程中施加10MPa壓力，隨后以120℃/min降溫至100℃取出在空氣中自然冷卻。

本實施例制得了上下面板分別為鈦、鋁的鋁基多孔復合夾芯結構，鋁基多孔復合材料芯層空心微球體積分數(shù)呈雙層梯度變化，由下到上空心微球體積分數(shù)實際為46.8％和28.1％；鋁基多孔復合材料芯層分別與上下鈦、鋁金屬面板形成良好冶金結合界面。

實施例3

本實施例提供一種鋁基多孔復合夾芯結構的制備方法，包括：

(1)鋁基多孔復合原料制備：按照空心微球體積分數(shù)為50％，稱取目粒度為16-30目的鐵質空心微球，分別與200-400目2024鋁粉和7075鋁粉混合，將每組原料分別放入混料機中混合6h。即，制備空心微球體積分數(shù)為50％的兩組原料，兩組原料中鋁粉的材質不同。

(2)預壓成形：將厚度為10mm的鋼板和2024鋁板用磨床進行表面磨光處理。將表面處理后的2024鋁板、步驟(1)的鋁基多孔復合原料、鋼板沿石墨模具軸向由下到上依次逐層鋪陳，按鋁基多孔復合原料由下到上的鋁合金粉體成分為2024鋁粉和7075鋁粉，每裝入一組鋁基多孔復合原料后即加壓20MPa，保壓4min，隨后在鋁基多孔復合原料上置入一鋁箔后裝入鋼板形成整體復合夾芯結構，對整體復合夾芯結構施壓20MPa，保壓8min。

(3)等離子熱壓燒結：將裝有復合夾芯結構坯體的石墨模具置于爐腔中，真空度為60Pa，以100℃/min從室溫升溫至460℃，保溫3min，再升溫至550℃，保溫6min，加熱與保溫過程中施加15MPa壓力，隨后以120℃/min降溫至100℃取出在空氣中自然冷卻。

本實施例制得了上下面板分別為鋼、鋁的鋁基多孔復合夾芯結構，鋁基多孔復合材料芯層鋁合金基體成分呈雙層梯度變化，由下到上成分為2024鋁合金和7075鋁合金成分，整體芯層的空心微球體積分數(shù)實際為47.5％；鋁基多孔復合材料芯層分別與上下鋼、鋁金屬面板形成良好冶金結合界面。

實施例4

本實施例提供一種鋁基多孔復合夾芯結構的制備方法，包括：

(1)鋁基多孔復合原料制備：按照空心微球體積分數(shù)為30％、50％、70％，稱取目粒度為150-400目和500-1000目的玻璃空心微球，分別與目粒度為800-1000目的1100鋁粉、5083鋁粉和7075鋁粉混合。將每組原料分別放入混料機中混合8h。

具體配料為：控制空心微球體積分數(shù)為30％與7075鋁粉混合，控制空心微球體積分數(shù)為50％與5083鋁粉混合，控制空心微球體積分數(shù)為70％與1100鋁粉混合，其中，空心微球體積分數(shù)為30％的復合原料中，150-400目和500-1000目的體積分數(shù)比為2:1；空心微球體積分數(shù)為50％的復合原料中，150-400目和500-1000目的體積分數(shù)比為1:1；空心微球體積分數(shù)為70％的復合原料中，150-400目和500-1000目的體積分數(shù)比為1:2。

(2)預壓成形：將厚度為10mm的TC4鈦板和2024鋁板用磨床進行表面磨光處理。將表面處理后的2024鋁板、步驟(1)的鋁基多孔復合原料、鈦板沿石墨模具軸向由下到上依次逐層鋪陳，按鋁基多孔復合原料由下到上的空心微球體積分數(shù)為70％、50％、30％，每裝入一組鋁基多孔復合原料后即加壓15MPa，保壓5min，隨后在鋁基多孔復合原料上置入一鋁箔后裝入鈦板形成整體復合夾芯結構，對整體復合夾芯結構施壓15MPa，保壓10min。

(3)等離子熱壓燒結：將裝有復合夾芯結構坯體的石墨模具置于爐腔中，真空度為50Pa，以90℃/min從室溫升溫至430℃，保溫5min，再升溫至560℃，保溫8min，加熱與保溫過程中施加15MPa壓力，隨后以100℃/min降溫至100℃取出在空氣中自然冷卻。

本實施例制得了上下面板分別為鈦、鋁的鋁基多孔復合夾芯結構，鋁基多孔復合材料芯層為空心微球體積分數(shù)和鋁合金基體成分協(xié)同梯度變化，由下到上鋁合金基體成分為1100鋁合金、5083鋁合金和7075鋁合金，空心微球由下到上體積分數(shù)實際為68.7％、46.9％和25.6％；鋁基多孔復合材料芯層分別與上下鈦、鋁金屬面板形成良好冶金結合界面。

對比例1

本對比例提供一種鋁基多孔復合夾芯結構的制備方法，與實施例1不同之處僅在于：鋁基多孔復合原料與鋼板間未添加鋁箔。

結果顯示，制備得到的鋁基多孔復合夾芯結構鋼面板極易脫落，如圖5所示，鋁基多孔復合芯層與鋼面板未形成冶金結合界面，存在明顯間隙缺陷。

對比例2

本對比例提供一種鋁基多孔復合夾芯結構的制備方法，與實施例1不同之處僅在于：等離子熱壓燒結替換為真空熱壓處理，具體步驟為將裝有坯體石墨模具放入爐腔中，真空度為80Pa，以5℃/min從室溫升溫至450℃，保溫10min，再升溫至550℃，保溫120min，加熱與保溫過程中施加5MPa壓力，隨后隨爐冷卻至100℃取出在空氣中自然冷卻。過程中在550℃保溫時間過長，使鋁板發(fā)生嚴重重熔現(xiàn)象，存在明顯變形和氣孔等缺陷。

對比例3

本對比例提供一種鋁基多孔復合夾芯結構的制備方法，與實施例1不同之處僅在于：等離子熱壓燒結的過程不同，具體如下：將裝有復合夾芯結構坯體的石墨模具置于爐腔中，真空度為80Pa，以80℃/min從室溫升溫至400℃，保溫5min，再升溫至490℃，保溫10min，加熱與保溫過程中施加5MPa壓力，隨后以80℃/min降溫至100℃取出在空氣中自然冷卻。獲得的多孔芯層復合效果不佳，空心微球與鋁粉未實現(xiàn)熔合，與金屬面板易脫落。

對比例4

本對比例提供一種鋁基多孔復合夾芯結構的制備方法，其采用申請?zhí)枮?01910350186.6中的制備方法制備而得。

試驗例1

測試實施例1-4和對比例1-4中制備得到復合夾芯結構芯層與金屬面板的界面剪切強度，測試方法如圖6所示，界面剪切強度＝復合夾芯結構芯層與金屬面板的界面開裂時最大加載力/復合夾芯結構芯層與金屬面板接觸接觸面積，結果見表1。

表1界面剪切強度測試結果

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

鋁基多孔復合夾芯結構及其制備方法和應用.pdf