一種粒子增強輕質微點陣復合材料及其制備方法技術

輕質微點陣材料(密度ρ≤1000mg/cm

【技術實現步驟摘要】
一種粒子增強輕質微點陣復合材料及其制備方法
本專利技術涉及一種采用粒子增強輕質微點陣復合材料及其制備方法。
技術介紹
大力推進材料和裝備的輕量化、減量化是實現節能減排、加快建設節約型社會的關鍵措施，是新世紀工程科技的發展方向。大至海洋平臺、大飛機機身和動車組車體，再到日常生活中的車輛，乃至小電子散熱器件等，輕量化和多功能化均成為其發展中重要一環。在現有的材料和結構基礎上進一步減輕重量并獲得更優良的綜合性能如力學強度高、散熱性能好、動力學性能和隔振、隔聲性能可調等多功能是材料發展的挑戰，也是材料發展的趨勢。輕質多孔材料是一類性能優異的輕質多功能材料，在各個領域都具有廣泛應用。目前輕質多孔材料主要有蜂窩材料、泡沫金屬材料、點陣材料，這些材料具有低密度、高比強/比剛度、高強韌、高能量吸收等優良機械性能,以及減震、吸聲、隔熱、隔音、電磁屏蔽、耐熱防腐等特殊性質,是性能優異的結構功能一體化材料，其中點陣材料是近年來迅速發展而出現的一類新穎材料，兼具功能和結構雙重作用。微點陣材料是一種模擬分子點陣構型制造出的一種有序超輕多孔材料。點陣材料是由結點和結點間連接桿件單元組成的周期性結構材料。它的特點在于細觀構型均為二維或三維網架體系,網架中的空隙沒有用來承載的填充物。采用這種設計不僅節省了大量的質量,還提高了比剛度和比強度,在同等重量下點陣材料比無序微結構金屬泡沫具有更好的力學性能，網架間的空隙能夠執行儲油、配置電池等功能化要求:材料的多孔特點滿足了進行對流換熱的要求，網架獨特的伸展性能使得其促動、制動和阻尼振動的研究大有發展空間。同時,它也具有良好的降低噪音、屏蔽電磁輻射、抗沖擊和碰撞吸能等能力。化學鍍也稱自催化鍍，是指在沒有外加電流通過的情況下，利用還原劑將溶液中的金屬離子，在呈催化活性的物體表面進行有選擇的還原沉積，使之形成金屬鍍層。化學復合鍍是在普通化學鍍基礎上通過在鍍液中添加惰性顆粒，使之與基質合金共沉積，從而獲得功能復合鍍層的一種表面處理方法。現有的化學復合鍍大多是在化學鍍Ni-P過程中摻雜功能性粒子來得到復合材料，大多是在二維結構做研究，沒有在立體點陣的情況下對其進行探索，而模板法可以實現在三維有序的結構中實現化學復合鍍。粒子增強復合材料點陣結構的發展是一個漸變的過程，它相對于金屬點陣材料有更高的比強度和比剛度，而且可設計性優點更加明顯，復合材料點陣結構的發展取得了重要的進展。相關現有技術包括熱壓模具一體成型工藝，其具體包括：將復合材料預浸料卷成一定直徑的預浸料圓桿；將預浸料圓桿置于模具中，圓桿上下兩端預埋在面板中；放到熱壓機中加溫、加壓、固化成型后，脫模即可得到點陣結構。該現有技術的優點是采用一體化成型工藝能明顯提高點陣結構面芯間的連接強度，不需要面芯間的粘接。然而，熱壓模具一體化成型工藝也存在以下缺點：(1)人工操作過程太多，不易實現批量化；(2)工藝流程復雜，容易導致缺陷；(3)成型壓力不易控制，易造成圓桿劈裂。
技術實現思路
本專利技術的目的之一是提供一種采用粒子增強輕質微點陣復合材料的制備方法。本專利技術通過在金屬點陣材料的基礎上加入粒子來達到增強力學性能的效果，運用3D打印技術和化學復合鍍，工藝流程簡單，耗時短，制備的材料具有三維有序多孔結構，具有低密度、高強度等特點。本專利技術的目的是通過如下技術方案實現的：1)采用快速成型技術制備三維微點陣聚合物模板：(a)選擇快速成型技術，包括：光固化立體成型技術(SLA)、數字光處理(DLP)、選擇性激光燒結(SLS)、熔積成型(FDM)。(b)選擇模板材料，即高分子聚合物，包括復合光敏樹脂EX-200型、復合光敏樹脂DXZ-100型、復合光敏樹脂DSMsomos14120型、丙烯酸酯類樹脂、環氧樹脂、聚苯乙烯(PS)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲醛(POM)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乳酸(PLA)、尼龍、高精蠟等。(c)選擇模板的點陣結構，包括：簡單立方、體心立方、面心立方、簡單六方、簡單四方、體心四方、R心六方、簡單正交、O心正交、體心正交、面心正交、簡單斜方、O心單斜、簡單三斜、金剛石正四面體結構。(d)選擇模板的點陣參數，包括：模板整體尺寸為長2.5-3.0cm、寬1.5-2.0cm、高0.7-1.2cm，構成點陣結構的單元結構中，柱的直徑0.2-0.6mm，柱的長度為0.6-2mm，每個晶格單元的邊長為3-5mm。綜合以上條件，采用快速成型技術制備出不同材質、不同點陣結構和參數的模板。2)在三維微點陣聚合物模板表面沉積復合材料薄膜，得到預成型結構體：采用化學復合鍍的方法在微點陣模板表面沉積復合材料，得到成型結構體。其具體操作步驟包括：(a)模板表面清洗：丙酮中超聲清洗15～30min，去離子水中超聲浸洗15～30min，乙醇中超聲清洗10～20min，自然干燥。(b)模板表面處理：模板要經過粗化、中和、敏化和活化的步驟使施鍍過程順利進行。粗化工藝：高錳酸鉀60g/L,氫氧化鈉30g/L,溫度60℃，時間15min。中和工藝：草酸15g/L，溫度室溫，時間為除凈膜為止。敏化工藝：氯化亞錫(SnCl2.2H20)15g/L，鹽酸(HC1)40ml/L，溫度室溫，時間10min。活化工藝：氯化把0.2g/L，鹽酸(HC1)5ml/L，溫度室溫，時間10min。(c)沉積復合物薄膜：含碳復合物薄膜選擇，包括在Ni-P鍍液基礎上加入力學性能強的原子晶體：金剛石、NB等；在Ni-P鍍液基礎上加入密度小的金屬氧化物：AL2O3等；在Ni-P鍍液基礎上加入密度小、力學性能強的碳材料：碳化硼、碳納米管、石墨烯等。粒徑選擇，包括納米級、0.5-1微米級、1-3微米級、3-6微米級等。根據本專利技術的一個方面，提供了一種粒子增強輕質微點陣復合材料的制備方法，其特征在于包括：采用快速成型技術制備預定定結構的三維微點陣聚合物模板；采用化學復合鍍的方法在三維微點陣聚合物模板的表面沉積復合材料，得到成型結構體，其中，所述的快速成型技術包括從光固化立體成型技術(SLA)、數字光處理(DLP)、選擇性激光燒結(SLS)、熔積成型(FDM)選出的一種，上述復合材料包括從Ni-P-金剛石、Ni-P-氮化硼、Ni-P-AL2O3、Ni-P-碳納米管、Ni-P-石墨烯、Ni-P-碳化硼選出的一種，所述采用化學復合鍍的方法在三維微點陣聚合物模板的表面沉積復合材料的步驟包括：－模板表面清洗，－模板表面處理，包括使模板經過粗化、中和、敏化和活化的處理，以使施鍍過程順利進行，－沉積復合物薄膜：具體包括復合物薄膜選擇和粒徑選擇，其中：所述復合物薄膜選擇包括以下處理中的至少一種：在Ni-P鍍液基礎上加入力學性能強的原子晶體；在Ni-P鍍液基礎上加入密度小的金屬氧化物；在Ni-P鍍液基礎上加入密度小、力學性能強的碳材料，其中，所述力學性能強的原子晶體包括金剛石、NB，所述密度小的金屬氧化物包括AL2O3，所述密度小、力學性能強的碳材料包括碳化硼、碳納米管、石墨烯，所述粒徑選擇包括把上述復合材料的粒徑范圍選擇為納米級、0.5-1微米級、1-3微米級、3-6微米級中的一個。本專利技術提供的采用粒子增強制備的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種粒子增強輕質微點陣復合材料的制備方法，其特征在于包括：采用快速成型技術制備預定結構的三維微點陣聚合物模板；采用化學復合鍍的方法在三維微點陣聚合物模板的表面沉積復合材料，得到成型結構體，其中，所述的快速成型技術包括從光固化立體成型技術(SLA)、數字光處理(DLP)、選擇性激光燒結(SLS)、熔積成型(FDM)選出的一種，上述復合材料包括從Ni?P?金剛石、Ni?P?氮化硼、Ni?P?AL

【技術特征摘要】
1.一種粒子增強輕質微點陣復合材料的制備方法，其特征在于包括：采用快速成型技術制備預定結構的三維微點陣聚合物模板；采用化學復合鍍的方法在三維微點陣聚合物模板的表面沉積復合材料，得到成型結構體，其中，所述的快速成型技術包括從光固化立體成型技術(SLA)、數字光處理(DLP)、選擇性激光燒結(SLS)、熔積成型(FDM)選出的一種，上述復合材料包括從Ni-P-金剛石、Ni-P-氮化硼、Ni-P-AL2O3、Ni-P-碳納米管、Ni-P-石墨烯、Ni-P-碳化硼選出的一種，所述采用化學復合鍍的方法在三維微點陣聚合物模板的表面沉積復合材料的步驟包括：－模板表面清洗，－模板表面處理，包括使模板經過粗化、中和、敏化和活化的處理，以使施鍍過程順利進行，－沉積復合物薄膜：具體包括復合物薄膜選擇和粒徑選擇，其中：所述復合物薄膜選擇包括以下處理中的至少一種：在Ni-P鍍液基礎上加入力學性能強的原子晶體；在Ni-P鍍液基礎上加入密度小的金屬氧化物；在Ni-P鍍液基礎上加入密度小、力學性能強的碳材料，其中，所述力學性能強的原子晶體包括金剛石、NB，所述密度小的金屬氧化物包括AL2O3，所述密度小、力學性能強的碳材料包括碳化硼、碳納米管、石墨烯，所述粒徑選擇包括把上述復合材料的粒徑范圍選擇為納米級、0.5-1微米級、1-3微米級、3-6微米級中的一個。2.根據權利要求1所述的采用粒子增強輕質微點陣合材料的制備方法，其特征在于所述光固化成型技術(SLA)的工藝參數為：填充掃描速度：200～500mm/s，掃描間距：0.1～0.5mm，光斑補償直徑：0.1～0.3mm，支撐掃描速度：80～120mm/s，跳跨速度：300～800mm/s，層間等待時間：1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊青林，范瓊瓊，高燕，郭林，江雷，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：北京,11