一種內嵌絲網結構的活性複合材料的製作方法

2023-06-18 03:46:32

本發明涉及複合材料領域，尤其涉及一種內嵌絲網結構的活性複合材料。

背景技術：

複合材料是指由兩種或兩種以上化學性質或組織結構不同的材料通過物理或化學方法組合而成的多相固體材料，一般由基體組元與增強體或功能組元所組成。金屬基複合材料一般是以金屬或合金為連續相，而顆粒、晶須或纖維形式的第二相組成的複合材料。

對於由兩種及兩種以上金屬粉末製成的金屬複合材料，因其鬆散的顆粒特性，導致壓製成型加工難度較大，且製備好的複合材料因缺少支撐機構導致韌性不足、易碎，同時因粉末複合材料各個方向的結構及物理特性相同，無法進行材料整體物理性能的定向改變。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明提供一種韌性強、緊實度好、可定向改變物理性能的內嵌絲網結構的活性複合材料。

為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種內嵌絲網結構的活性複合材料，由金屬絲網和複合粉末材料組成，其中：所述金屬絲網均勻內嵌在所述複合粉末材料內；所述複合粉末由至少兩種粉末材料混合而成；所述粉末材料與所述金屬絲網之間形成第一物理融合區；所述不同粉末材料之間形成第二物理融合區；所述同種粉末材料之間形成第三物理融合區。

進一步的，所述金屬絲網由第一金屬絲組成，其中：所述第一金屬絲的絲徑為20μm-200μm；所述第一金屬絲的材質可以為鎳、鈦、鋁、鐵。

進一步的，所述金屬絲網由第一金屬絲和第二金屬絲組成，其中：所述第一金屬絲的絲徑為20μm-200μm；所述第二金屬絲的絲徑為100μm-500μm；所述第二金屬絲的絲徑大於所述第一金屬絲的絲徑；所述第一金屬絲和第二金屬絲的材質可以為鎳、鈦、鋁、鐵。

進一步的，單根所述第一金屬絲為螺旋線結構，其中：兩根所述第一金屬絲之間自然纏繞設置；所述金屬絲網由多根所述第一金屬絲相互自然纏繞而成，整體形狀與所述活性複合材料外觀形狀相同。

進一步的，單根所述第一金屬絲為直線結構，其中：所述金屬絲網由多根所述第一金屬絲立體編織而成，整體形狀與所述活性複合材料外觀形狀相同。

進一步的，單根所述第一金屬絲和所述第二金屬絲均為螺旋線結構，其中：兩根所述第一金屬絲之間自然纏繞設置；所述第一金屬絲與所述第二金屬絲之間自然纏繞設置；所述金屬絲網由多根所述第一金屬絲與多根所述第二金屬絲相互自然纏繞而成，整體形狀與所述活性複合材料外觀形狀相同；所述第一金屬絲的數量多於所述第二金屬絲的數量，所述第二金屬絲均勻分布在所述第一金屬絲之間。

進一步的，單根所述第一金屬絲和所述第二金屬絲均為螺旋線結構，其中：所述第一金屬絲的螺旋直徑小於所述第二金屬絲的螺旋直徑；所述第一金屬絲套設在所述第二金屬絲之上，形成複合螺旋結構；所述金屬絲網由多組所述複合螺旋結構自然纏繞組成，整體形狀與所述活性複合材料外觀形狀相同。

進一步的，單根所述第一金屬絲與所述第二金屬絲均為直線結構，其中：多根所述第二金屬絲豎直陣列排布，所述第一金屬絲以所述第二金屬絲為龍骨自下而上分層水平編織形成所述金屬絲網，編織後的整體形狀與所述活性複合材料外觀形狀相同。

進一步的，所述第二金屬絲陣列排布時，自陣列起始位置至陣列結束位置絲徑依次增大，和/或：所述第一金屬絲在水平編織時自編織起始層至編織結束層絲徑依次增大。

進一步的，所述複合粉末材料由硼粉末、鋁粉末、鎳粉末、鐵粉末、鈦粉末、三氧化二鐵粉末中的兩種以上混合而成，其中：所述粉末材料的粒徑範圍為5μm-100μm。

本發明的一種內嵌絲網結構的活性複合材料，具有以下有益效果：

1、內嵌絲網結構的活性複合材料因金屬絲的作用，粉末顆粒之間預固定，更易結合，降低加工難度；

2、內嵌絲網結構的活性複合材料提高了材料的韌性，在保留粉末複合材料特性的同時，又結合了金屬絲網的特性，兩者結合後使複合材料的性能得到進一步的提升；

3、因複合粉末材料與絲網結合，其在各個方向結構不同，可對複合材料物化特性進行定向改變，提高活性複合材料的使用範圍。

附圖說明

為了更清楚的說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見的，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它附圖。

圖1是本發明實施例的活性複合材料的第一種結構的橫截面示意圖；

圖2是本發明實施例的活性複合材料的第二種結構的截面示意圖；

圖3是本發明實施例的活性複合材料的第三種結構的截面示意圖；

圖4是本發明實施例的活性複合材料的第四種結構的截面示意圖；

圖5是本發明實施例的活性複合材料的第一種結構的截面示意圖；

圖6是本發明實施例的活性複合材料的第五種結構的截面示意圖；

圖7是本發明實施例的活性複合材料的第六種結構的截面示意圖；

圖8是本發明實施例的活性複合材料的第七種結構的截面示意圖；

圖9是本發明實施例的活性複合材料的第八種結構的截面示意圖；

圖10是本發明實施例的活性複合材料的第一種內部結構放大示意圖；

圖11是本發明實施例的活性複合材料的第二種內部結構放大示意圖；

圖中：1-第一金屬絲，2-第一粉末材料，3-第二粉末材料，4-第一物理融合區，5-第二物理融合區，6-第三物理融合區，7-第二金屬絲。

具體實施方式

下面將結合本發明中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通的技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明的保護範圍。

本發明的一種內嵌絲網結構的活性複合材料，由金屬絲網和複合粉末材料組成，其中：金屬絲網均勻內嵌在複合粉末材料內；複合粉末由至少兩種粉末材料混合而成；粉末材料與金屬絲網之間形成第一物理融合區；不同粉末材料之間形成第二物理融合區；同種粉末材料之間形成第三物理融合區，通過上述各物理融合區將複合粉末之間、複合粉末與金屬絲網之間連接，形成一個緻密的整體。物理融合區指的是粉末與粉末之間或粉末與絲網之間的相互滲透融合部分，因活性複合材料製備過程中經過強力擠壓，使其具備較高的緻密性和緊實度，進而金屬絲網和複合粉末之間相互滲透融合。上述各物理融合區是在常溫高壓條件下形成的，具體可以採取冷等靜壓、爆炸焊接、壓力機壓制等加工方式，具體的加工方法本發明不做具體限定，本領域技術人員可以根據需要選用不同的現有技術製備本發明所涉及結構的活性複合材料。

如圖1、圖5和圖10所示，本發明實施例的活性複合材料的第一種結構中，包括了第一金屬絲1、第一粉末材料2、第二粉末材料3；其中第一金屬絲1立體編織形成本實施例的活性複合材料內部的金屬絲網；第一金屬絲1與複合粉末材料(第一粉末材料2和第二粉末材料3)之間形成第一物理融合區4，第一粉末材料2與第二粉末材料3之間形成第二物理融合區5，第一粉末材料2之間以及第二粉末材料3之間形成第三物理融合區6。

在上述活性複合材料的第一種結構中，對第一金屬絲1的立體編織方法不做具體限定，可以選用現有技術中任何一種編織方式，其中編織密度根據活性複合材料需要進行選擇，如需要材料韌性更足的，可以編織密度大些，相反則密度小些。對於組成複合粉末材料的粉末材料種類可根據材料所需特性選定，可以為三種或更多材料種類的組合。

在上述活性複合材料的第一種結構中，第一金屬絲1的絲徑為20μm-200μm；材質可以為鎳、鈦、鋁、鐵中的任一種或多種的組合。

在上述活性複合材料的第一種結構中，複合粉末材料由硼粉末、鋁粉末、鎳粉末、鐵粉末、鈦粉末、三氧化二鐵粉末中的兩種以上混合而成，粒徑範圍為5μm-100μm。

上述第一種結構的活性複合材料，材料整體性強，且韌性相對於未內嵌金屬網的粉末複合材料更佳，與現有的鋼筋混凝土結構類似，金屬絲網的作用與鋼筋混凝土結構中的鋼筋作用相近，複合粉末材料與混凝土作用相近。

如圖2所示，本發明實施例的活性複合材料的第二種結構中，活性複合材料的各組成部分與第一種結構的相同，且同樣存在第一融合區4、第二融合區5和第三融合區6，不同之處在於第一金屬絲1為螺旋線結構，具體的，金屬絲網由多根第一金屬絲1相互自然纏繞而成，整體形狀與活性複合材料外觀形狀相同。複合粉末材料填充於相互纏繞的第一金屬絲1之間，各第一金屬絲1在同一平面上相互纏繞編織，不同平面相互疊層纏繞，二者相互融合，保證了活性複合材料的緻密性。

在上述活性複合材料的第二種結構中，第一金屬絲1的螺旋直徑以及金屬絲網的纏繞密度根據所製備活性複合材料的尺寸和性能要求確定，本發明不做具體限定。

相對於第一種結構的活性複合材料，第二種結構的活性複合材料製備工藝更加簡單，且材料在螺旋線長度方向的韌性要比螺旋直徑方向的彈性更足。

如圖3和圖11所示，本發明實施例的活性複合材料的第三種結構中，活性複合材料的各組成部分與第二種結構的相同，且同樣存在第一融合區4、第二融合區5和第三融合區6，不同之處在於還包括第二金屬絲7，第二金屬絲7與複合粉末材料(第一粉末材料2和第二粉末材料3)之間也存在第一融合區4，第二金屬絲7的絲徑為100μm-500μm；第二金屬絲7的絲徑大於第一金屬絲1的絲徑；第二金屬絲7的材質可以為鎳、鈦、鋁、鐵中的任一種。

具體的，第二金屬絲7和第一金屬絲1均為螺旋線結構，金屬絲網由多根第一金屬絲1與多根第二金屬絲7相互自然纏繞而成，整體形狀與活性複合材料外觀形狀相同。且第一金屬絲1的數量多於第二金屬絲7的數量，第二金屬絲7均勻分布在第一金屬絲1之間。複合粉末材料填充於相互纏繞的第一金屬絲1和第二金屬絲7之間，各第一金屬絲1在同一平面上相互纏繞編織，各第二金屬絲7在同一平面上相互纏繞編織，不同平面相互疊層纏繞，二者相互融合，保證了活性複合材料的緻密性。

在上述活性複合材料的第三種結構中，第一金屬絲1和第二金屬絲7的螺旋直徑以及金屬絲網的纏繞密度根據所製備活性複合材料的尺寸和性能要求確定，本發明不做具體限定。

相對於第二種結構的活性複合材料，第三種結構的活性複合材料添加了不同材質和更粗絲徑的金屬絲，使材料的韌性更強，也提高了材料進行整體物理性能定向改變的能力。

如圖4所示，本發明實施例的活性複合材料的第四種結構中，活性複合材料的各組成部分與第三種結構的相同，且同樣存在第一融合區4、第二融合區5和第三融合區6，不同之處在於，第一金屬絲1套設在第二金屬絲7之上，形成複合螺旋結構，具體的，金屬絲網由多組複合螺旋結構自然纏繞組成，整體形狀與所述活性複合材料的外觀形狀相同。複合粉末材料填充於相互纏繞的複合螺旋之間，各複合螺旋在同一平面上相互纏繞編織，不同平面相互疊層纏繞，二者相互融合，保證了活性複合材料的緻密性。

在上述活性複合材料的第四種結構中，第一金屬絲1和第二金屬絲7的螺旋直徑以及金屬絲網的纏繞密度根據所製備活性複合材料的尺寸和性能要求確定，本發明不做具體限定。

相對於第三種結構的活性複合材料，第四種結構的活性複合材料通過複合螺旋結構使材料在螺旋線長度方向和直徑方向的韌性和彈性得到進一步的提高。

如圖6所示，本發明實施例的活性複合材料的第五種結構中，活性複合材料的各組成部分與第三種結構的相同，且同樣存在第一融合區4、第二融合區5和第三融合區6，不同之處在於，第一金屬絲1與第二金屬絲7均為直線結構，具體的，多根第二金屬絲7豎直陣列排布，第一金屬絲1以第二金屬絲7為龍骨自下而上分層水平編織形成金屬絲網，編織後的整體形狀與活性複合材料外觀形狀相同。複合粉末材料填充於相互編織的第一金屬絲1和第二金屬絲7之間，第一金屬絲1與第二金屬絲4在同一平面上相互交錯編織，在不同平面相互疊層編織，二者相互融合，保證了活性複合材料的緻密性。

在上述活性複合材料的第五種結構中，第一金屬絲1和第二金屬絲7的絲徑以及金屬絲網的編織密度根據所製備活性複合材料的尺寸和性能要求確定，本發明不做具體限定。

相對於第一種結構的活性複合材料，第五種結構的活性複合材料通過添加更粗的第二金屬絲7作為龍骨，提高了材料的韌性及整體性能。

如圖7、圖8和圖9所示，本發明實施例的活性複合材料的第六種結構、第七種結構和第八種結構中，活性複合材料的各組成部分與第五種結構的相同，且同樣存在第一融合區4、第二融合區5和第三融合區6，不同之處在於，第二金屬絲7陣列排布時，自陣列起始位置至陣列結束位置絲徑依次增大，和/或：第一金屬絲1在水平編織時自編織起始層至編織結束層絲徑依次增大。具體的，如圖7所示，在第六種結構中，第二金屬絲7豎直陣列排布且各金屬絲的絲徑相同，而第一金屬絲1在水平編織時自編織起始層至結束層即沿縱向方向從上至下絲徑逐漸增大；如圖8所示，在第七種結構中，第二金屬絲7豎直陣列排布且金屬絲絲徑從陣列起始位置至結束位置逐漸增大，而第一金屬絲1在水平編織時各金屬絲絲徑相同；如圖9所示，在第八種結構中，第二金屬絲7豎直陣列排布且金屬絲絲徑從陣列起始位置至結束位置逐漸增大，而第一金屬絲1在水平編織時自編織起始層至結束層絲徑也逐漸增大。複合粉末材料填充於相互編織的第一金屬絲1和第二金屬絲7之間，第一金屬絲1與第二金屬絲4在同一平面上相互交錯編織，在不同平面相互疊層編織，二者相互融合，保證了活性複合材料的緻密性。

在上述活性複合材料的第六種結構、第七種結構和第八種結構中，第一金屬絲1和第二金屬絲7的絲徑以及金屬絲網的編織密度根據所製備活性複合材料的尺寸和性能要求確定，本發明不做具體限定。

相對於第五種結構的活性複合材料，第六種結構、第七種結構和第八種結構的活性複合材料通過改變第一金屬絲1和/或第二金屬絲7的絲徑，提高了材料的韌性和強度，提高了其整體物理性能的定向改變能力，使活性複合材料在不同位置擁有不同的物理性能，如圖9所示結構的活性複合材料，其右下角位置的整體剛性要明顯強於左上角位置的整體剛性，而彈性則剛好相反。

上述內容詳細描述了本發明的活性複合材料的幾種結構類型，下面將列舉具體實施例對本發明進行進一步的描述：

實施例一：

本實施例中，金屬絲網的結構與上述第一種結構的活性複合材料的金屬絲網結構相同，具體的第一金屬絲材質為鋁，絲徑為50μm，編織密度為相鄰的兩平行布置的第一金屬絲1之間的距離為5mm。

複合粉末材料由兩種粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2為鐵粉末、第二粉末材料3為鋁粉末，兩者的粒徑均為20μm，兩者的混合比例為1:1。

第一物理融合區的最大融合深度為5μm，第二物理融合區的最大融合深度為7μm，第三物理融合區的最大融合深度為7μm。

實施例二：

本實施例中，金屬絲網的結構與上述第二種結構的活性複合材料的金屬絲網結構相同，具體的第一金屬絲材質為鎳，絲徑為55μm，纏繞密度為相鄰的兩平行布置的第一金屬絲1之間的距離為4mm。

複合粉末材料由兩種粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2為硼粉末、第二粉末材料3為鋁粉末，兩者的粒徑均為25μm，兩者的混合比例為1:2。

第一物理融合區的最大融合深度為7μm，第二物理融合區的最大融合深度為10μm，第三物理融合區的最大融合深度為10μm。

實施例三：

本實施例中，金屬絲網的結構與上述第三種結構的活性複合材料的金屬絲網結構相同，具體的第一金屬絲材質為鎳，絲徑為60μm，第二金屬絲材質為鈦，絲徑為120μm，纏繞密度為相鄰的兩平行布置的金屬絲之間的距離為6mm。

複合粉末材料由兩種粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2為鈦粉末、第二粉末材料3為鎳粉末，兩者的粒徑均為30μm，兩者的混合比例為1:1。

第一物理融合區的最大融合深度為10μm，第二物理融合區的最大融合深度為8μm，第三物理融合區的最大融合深度為8μm。

實施例四：

本實施例中，金屬絲網的結構與上述第四種結構的活性複合材料的金屬絲網結構相同，具體的第一金屬絲材質為鎳，絲徑為20μm，第二金屬絲材質為鐵，絲徑為90微米，纏繞密度為相鄰的兩平行布置的複合螺旋之間的距離為5mm。

複合粉末材料由兩種粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2為三氧化二鐵粉末、第二粉末材料3為鎳粉末，兩者的粒徑均為40μm，兩者的混合比例為1:1。

第一物理融合區的最大融合深度為8μm，第二物理融合區的最大融合深度為6μm，第三物理融合區的最大融合深度為6μm。

實施例五：

本實施例中，金屬絲網的結構與上述第五種結構的活性複合材料的金屬絲網結構相同，具體的第一金屬絲材質為鋁，絲徑為60μm，第二金屬絲材質為鈦，絲徑為150μm，編織密度為相鄰的兩平行布置的第一金屬絲1之間的距離為7mm。

複合粉末材料由兩種粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2為鈦粉末、第二粉末材料3為鋁粉末，兩者的粒徑均為35μm，兩者的混合比例為1:1。

第一物理融合區的最大融合深度為4μm，第二物理融合區的最大融合深度為6μm，第三物理融合區的最大融合深度為6μm。

實施例六：

本實施例中，金屬絲網的結構與上述第六種結構的活性複合材料的金屬絲網結構相同，具體的第一金屬絲材質為鋁，絲徑為60μm-130μm，第二金屬絲材質為鐵，絲徑為250μm，編織密度為相鄰的兩平行布置的第一金屬絲1之間的距離為9mm。

複合粉末材料由兩種粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2為鈦粉末、第二粉末材料3為鋁粉末，兩者的粒徑均為27μm，兩者的混合比例為1:1。

第一物理融合區的最大融合深度為9μm，第二物理融合區的最大融合深度為4μm，第三物理融合區的最大融合深度為4μm。

實施例七：

本實施例中，金屬絲網的結構與上述第七種結構的活性複合材料的金屬絲網結構相同，具體的第一金屬絲材質為鎳，絲徑為90μm，第二金屬絲材質為鋁，絲徑為200μm-350μm，編織密度為相鄰的兩平行布置的第一金屬絲1之間的距離為12mm。

複合粉末材料由兩種粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2為硼粉末、第二粉末材料3為鎳粉末，兩者的粒徑均為70μm，兩者的混合比例為1:1。

第一物理融合區的最大融合深度為18μm，第二物理融合區的最大融合深度為12μm，第三物理融合區的最大融合深度為12μm。

實施例八：

本實施例中，金屬絲網的結構與上述第八種結構的活性複合材料的金屬絲網結構相同，具體的第一金屬絲材質為鈦，絲徑為80μm-180μm，第二金屬絲材質為鐵，絲徑為300μm-500μm，編織密度為相鄰的兩平行布置的第一金屬絲1之間的距離為10mm。

複合粉末材料由兩種粉末材料混合而成，其中第一粉末材料2為三氧化二鐵粉末、第二粉末材料3為鋁粉末，兩者的粒徑均為50μm，兩者的混合比例為1:1。

第一物理融合區的最大融合深度為26μm，第二物理融合區的最大融合深度為14μm，第三物理融合區的最大融合深度為14μm。

以上藉助具體實施例對本發明做了進一步描述，但是應該理解的是，這裡具體的描述，不應理解為對本發明的實質和範圍的限定，本領域內的普通技術人員在閱讀本說明書後對上述實施例做出的各種修改，都屬於本發明所保護的範圍。