一種開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料及其製備方法

2023-04-30 00:07:36

專利名稱：一種開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種波紋-蜂窩複合夾層材料及其製備方法，具體涉及一種開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料及其製備方法。
背景技術：
超輕多孔金屬材料是近些年來隨著材料製備以及機械加工技術的迅速發展而出現的一類新穎多功能材料。其芯體具有高孔隙率，其微結構按規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，而後者包括二維點陣材料(如波紋結構，蜂窩結構)與三維桁架結構(如金字塔結構、四面體結構)。目前，通常的多孔金屬夾層板多為蜂窩鋁或波紋等單一結構，蜂窩鋁芯具有較高結構效率，另外由於其高的比表面積，兼具主動冷卻的功能，在航空航天、能源、交通等領域 得到了廣泛應用。而波紋結構製造工藝相對簡單、成本低。將兩種結構複合，結構更緊湊，不僅可以保持蜂窩的結構、傳熱性能優勢，而且由於蜂窩的支撐作用，極大提高波紋結構性能，使得最終可以大幅度提高複合材料的性能，其具有更多的市場前景。

發明內容
本發明的目的在於提供一種開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料，通過複合的方式實現蜂窩面內力學性能增強，同時保持結構散熱性能的開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料及其製備方法。為達到上述目的，本發明的製備方法如下包括兩板金屬面板以及設置在兩塊金屬面板之間的金屬波紋芯體，在金屬波紋芯體的孔內填充有與金屬波紋芯體的孔相匹配的六邊形蜂窩材料或方形蜂窩材料。所述的金屬波紋芯體為具有平臺結構的梯形結構。本發明的製備方法包括以下步驟I)將平整過的金屬板材製成具有平臺結構即梯形結構的金屬波紋芯體，然後對金屬波紋芯體和平整過的金屬面板清洗去除油汙和鏽跡後烘乾；2)採用線切割技術將板狀六邊形或者方孔蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體的孔相匹配的六邊形蜂窩材料或方形蜂窩材料，並對切割後的材料進行清洗去除油汙和鏽跡、烘乾;3)將六邊形蜂窩材料或方形蜂窩材料插入金屬波紋芯體的孔中，依次將金屬波紋芯體的孔結構全部插滿得複合芯體，並將金屬面板加載在複合芯體上、下表面，然後將市售的釺焊膏或混合漿料均勻塗覆在六邊形蜂窩材料或方形蜂窩材料胞壁與金屬波紋結構芯體的接觸處、金屬波紋芯體和金屬面板的接觸處，使複合芯體相對密度增加0. 2-0. 3%，在30°C 80°C烘乾，然後裝入高溫釺焊爐中進行焊接，對於鋁及其合金，真空度控制在10_3 KT4Pa ;以I 10°C /min速度自室溫均勻升溫至300°C 500°C範圍保溫IOmin Ih ;對於不鏽鋼材料，真空度控制在10_2 10_3Pa範圍，然後通l_20Pa氬氣分壓燒結，以I 10°C /min速度自室溫升溫至800°C 1100°C保溫IOmin 2h，緩冷至室溫出爐即可； 所述的混合漿料的配置如下配置質量濃度為1% 10%的聚乙烯醇或甲基纖維素黏結劑，然後按質量百分比將5% 10%的黏結劑、45% 75%的200目 400目的釺焊粉料或鎳鉻磷粉末和20% 50%去離子水混合均勻製成混合漿料。所述的梯形結構的金屬波紋芯體採用模壓或者摺疊技術製備。所述的清洗採用金屬清洗劑清洗。所述的金屬板材和蜂窩材質為不鏽鋼板、純鋁或鋁合金板。所述的金屬面板厚度0. 5-5mm,波紋面板厚度0. 3_3mm。

所述的裝配後六邊形蜂窩材料或方形蜂窩材料孔方向和金屬波紋芯體的孔的方向平行。所述的六邊形蜂窩材料或方形蜂窩材料的孔隙率為90-98%。所述步驟2)的線切割使絲線與蜂窩孔方向平行。本發明在金屬波紋芯體中全部填充滿六邊形蜂窩和方形蜂窩，並與金屬面板複合，通過釺焊製成開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料。本發明應用波紋低成本以及蜂窩的結構和高比表面積等各自性能的優勢，將兩種結構複合可以結合兩者的優點，結構緊湊，實現整體力學性能大幅提高，獲得綜合性能更加優異的結構功能一體化材料。


圖I波紋結構夾層板以及六邊形蜂窩梯形稜柱的結構示意圖；圖2波紋結構夾層板以及方形蜂窩梯形稜柱的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例I :1)將平整過的厚度為0. 3mm的金屬板材即不鏽鋼板採用模壓或者摺疊技術製成具有平臺結構6即梯形結構的金屬波紋芯體2，然後對金屬波紋芯體2和平整過的厚度為厚度2. 5mm的金屬面板I即不鏽鋼板採用金屬清洗劑清洗去除油汙和鏽跡後烘乾；2)採用線切割技術使絲線與蜂窩孔方向平行將孔隙率為90-98%的板狀六邊形蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的六邊形蜂窩材料4，並對切割後的材料採用金屬清洗劑進行清洗去除油汙和鏽跡、烘乾；3)將六邊形蜂窩材料4插入金屬波紋芯體2的孔3中，依次將金屬波紋芯體2的孔3結構全部插滿得複合芯體，裝配後六邊形蜂窩材料4孔方向和金屬波紋芯體的孔3的方向平行，並將金屬面板I加載在複合芯體上、下表面，然後將市售的釺焊膏均勻塗覆在六邊形蜂窩材料4胞壁與金屬波紋結構芯體2的接觸處、金屬波紋芯體2和金屬面板I的接觸處，使複合芯體相對密度增加0. 2%，在30°C烘乾，然後裝入高溫釺焊爐中進行焊接，真空度控制在10_2 10_3Pa範圍，然後通l_20Pa氬氣分壓燒結，以1°C /min速度自室溫升溫至800°C保溫2hmin，緩冷至室溫出爐即可(參見圖I)。實施例2 :1)將平整過的厚度為Imm的金屬板材即純鋁板採用模壓或者摺疊技術製成具有平臺結構6即梯形結構的金屬波紋芯體2，然後對金屬波紋芯體2和平整過的厚度為厚度0. 5mm的金屬面板I即純鋁板採用金屬清洗劑清洗去除油汙和鏽跡後烘乾；
2)採用線切割技術使絲線與蜂窩孔方向平行將孔隙率為90-98%的板狀六邊形蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的六邊形蜂窩材料4，並對切割後的材料採用金屬清洗劑進行清洗去除油汙和鏽跡、烘乾；3)將六邊形蜂窩材料4插入金屬波紋芯體2的孔3中，依次將金屬波紋芯體2的孔3結構全部插滿得複合芯體，裝配後六邊形蜂窩材料4孔方向和金屬波紋芯體的孔3的方向平行，並將金屬面板I加載在複合芯體上、下表面，然後將市售的釺焊膏均勻塗覆在六邊形蜂窩材料4胞壁與金屬波紋結構芯體2的接觸處、金屬波紋芯體2和金屬面板I的接觸處，使複合芯體相對密度增加0. 3%，在45°C烘乾，然後裝入高溫釺焊爐中進行焊接，真空度控制在10_3 10_4Pa ;以1°C /min速度自室溫均勻升溫至300°C範圍保溫Ihmin。緩冷至室溫出爐即可。實施例3 :1)將平整過的厚度為I. 5mm的金屬板材即鋁合金板採用模壓或者摺疊技術製成具有平臺結構6即梯形結構的金屬波紋芯體2，然後對金屬波紋芯體2和平整過的厚度為厚度5mm的金屬面板I即鋁合金板採用金屬清洗劑清洗去除油汙和鏽跡後烘乾；2)採用線切割技術使絲線與蜂窩孔方向平行將孔隙率為90-98%的板狀六邊形蜂 窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的六邊形蜂窩材料4，並對切割後的材料採用金屬清洗劑進行清洗去除油汙和鏽跡、烘乾；3)將六邊形蜂窩材料4插入金屬波紋芯體2的孔3中，依次將金屬波紋芯體2的孔3結構全部插滿得複合芯體，裝配後六邊形蜂窩材料4孔方向和金屬波紋芯體的孔3的方向平行，並將金屬面板I加載在複合芯體上、下表面，然後將市售的釺焊膏均勻塗覆在六邊形蜂窩材料4胞壁與金屬波紋結構芯體2的接觸處、金屬波紋芯體2和金屬面板I的接觸處，使複合芯體相對密度增加0. 3%，在65°C烘乾，然後裝入高溫釺焊爐中進行焊接，真空度控制在10_3 10_4Pa ；以5°C /min速度自室溫均勻升溫至400°C範圍保溫30min ;緩冷至室溫出爐即可。實施例4 :1)將平整過的厚度為3mm的金屬板材即不鏽鋼板採用模壓或者摺疊技術製成具有平臺結構6即梯形結構的金屬波紋芯體2，然後對金屬波紋芯體2和平整過的厚度為厚度5mm的金屬面板I即不鏽鋼板採用金屬清洗劑清洗去除油汙和鏽跡後烘乾；2)採用線切割技術使絲線與蜂窩孔方向平行將孔隙率為90-98%的板狀方孔蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的方形蜂窩材料5，並對切割後的材料採用金屬清洗劑進行清洗去除油汙和鏽跡、烘乾；3)將方形蜂窩材料5插入金屬波紋芯體2的孔3中，依次將金屬波紋芯體2的孔3結構全部插滿得複合芯體，裝配後方形蜂窩材料5孔方向和金屬波紋芯體的孔3的方向平行，並將金屬面板I加載在複合芯體上、下表面，然後將混合漿料均勻塗覆在方形蜂窩材料5胞壁與金屬波紋結構芯體2的接觸處、金屬波紋芯體2和金屬面板I的接觸處，使複合芯體相對密度增加0. 28%，在80°C烘乾，然後裝入高溫釺焊爐中進行焊接，真空度控制在10_2 KT3Pa範圍，然後通l_20Pa氬氣分壓燒結，以5°C /min速度自室溫升溫至950°C保溫lhmin，緩冷至室溫出爐即可(參見圖2)；所述的混合漿料的配置如下配置質量濃度為1%的聚乙烯醇或甲基纖維素黏結齊U，然後按質量百分比將5%的黏結劑、75%的200目 400目的釺焊粉料或鎳鉻磷粉末和20%去離子水混合均勻製成混合漿料。
實施例5 :1)將平整過的厚度為2mm的金屬板材即純鋁板採用模壓或者摺疊技術製成具有平臺結構6即梯形結構的金屬波紋芯體2，然後對金屬波紋芯體2和平整過的厚度為厚度1_的金屬面板I即純鋁板採用金屬清洗劑清洗去除油汙和鏽跡後烘乾；2)採用線切割技術使絲線與蜂窩孔方向平行將孔隙率為90-98%的板狀方孔蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的方形蜂窩材料5，並對切割後的材料採用金屬清洗劑進行清洗去除油汙和鏽跡、烘乾；3)將方形蜂窩材料5插入金屬波紋芯體2的孔3中，依次將金屬波紋芯體2的孔3結構全部插滿得複合芯體，裝配後方形蜂窩材料5孔方向和金屬波紋芯體的孔3的方向 平行，並將金屬面板I加載在複合芯體上、下表面，然後將混合漿料均勻塗覆在方形蜂窩材料5胞壁與金屬波紋結構芯體2的接觸處、金屬波紋芯體2和金屬面板I的接觸處，使複合芯體相對密度增加0. 23%，在70°C烘乾，然後裝入高溫釺焊爐中進行焊接，真空度控制在10_3 10_4Pa ;以IO0C /min速度自室溫均勻升溫至500°C範圍保溫IOmin ;緩冷至室溫出爐即可；所述的混合漿料的配置如下配置質量濃度為5%的聚乙烯醇或甲基纖維素黏結齊U，然後按質量百分比將10%的黏結劑、60%的200目 400目的釺焊粉料或鎳鉻磷粉末和30%去離子水混合均勻製成混合眾料。實施例6 :1)將平整過的厚度為2. 5mm的金屬板材即不鏽鋼板採用模壓或者摺疊技術製成具有平臺結構6即梯形結構的金屬波紋芯體2，然後對金屬波紋芯體2和平整過的厚度為厚度3mm的金屬面板I即不鏽鋼板採用金屬清洗劑清洗去除油汙和鏽跡後烘乾；2)採用線切割技術使絲線與蜂窩孔方向平行將孔隙率為90-98%的板狀方孔蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體2的孔3相匹配的方形蜂窩材料5，並對切割後的材料採用金屬清洗劑進行清洗去除油汙和鏽跡、烘乾；3)將方形蜂窩材料5插入金屬波紋芯體2的孔3中，依次將金屬波紋芯體2的孔3結構全部插滿得複合芯體，裝配後方形蜂窩材料5孔方向和金屬波紋芯體的孔3的方向平行，並將金屬面板I加載在複合芯體上、下表面，然後將混合漿料均勻塗覆在方形蜂窩材料5胞壁與金屬波紋結構芯體2的接觸處、金屬波紋芯體2和金屬面板I的接觸處，使複合芯體相對密度增加0. 26%，在50°C烘乾，然後裝入高溫釺焊爐中進行焊接，真空度控制在10_2 KT3Pa範圍，然後通l_20Pa氬氣分壓燒結，以10°C /min速度自室溫升溫至1100°C保溫lOmin，緩冷至室溫出爐即可；所述的混合漿料的配置如下配置質量濃度為10%的聚乙烯醇或甲基纖維素黏結齊U，然後按質量百分比將5%的黏結劑、45%的200目 400目的釺焊粉料或鎳鉻磷粉末和50%去離子水混合均勻製成混合眾料。
權利要求
1.一種開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料，其特徵在於包括兩板金屬面板(I)以及設置在兩塊金屬面板(I)之間的金屬波紋芯體(2)，在金屬波紋芯體(2)的孔(3)內填充有與金屬波紋芯體(2)的孔(3)相匹配的六邊形蜂窩材料(4)或方形蜂窩材料(5)。
2.根據權利要求I所述的開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料，其特徵在於所述的金屬波紋芯體(2)為具有平臺結構(6)的梯形結構。
3.一種開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料的製備方法，其特徵在於 1)將平整過的金屬板材製成具有平臺結構(6)即梯形結構的金屬波紋芯體(2)，然後對金屬波紋芯體(2)和平整過的金屬面板(I)清洗去除油汙和鏽跡後烘乾； 2)採用線切割技術將板狀六邊形或者方孔蜂窩芯切割成與金屬波紋芯體(2)的孔(3)相匹配的六邊形蜂窩材料(4)或方形蜂窩材料(5)，並對切割後的材料進行清洗去除油汙和鏽跡、烘乾； 3)將六邊形蜂窩材料(4)或方形蜂窩材料(5)插入金屬波紋芯體(2)的孔(3)中，依次將金屬波紋芯體(2)的孔(3)結構全部插滿得複合芯體，並將金屬面板(I)加載在複合芯體上、下表面，然後將市售的釺焊膏或混合漿料均勻塗覆在六邊形蜂窩材料(4 )或方形蜂窩材料(5)胞壁與金屬波紋結構芯體(2)的接觸處、金屬波紋芯體(2)和金屬面板(I)的接觸處，使複合芯體相對密度增加0. 2-0. 3%，在30°C 80°C烘乾，然後裝入高溫釺焊爐中進行焊接，對於鋁及其合金，真空度控制在10_3 10_4Pa ;以I 10°C /min速度自室溫均勻升溫至300°C 500°C範圍保溫IOmin Ih ;對於不鏽鋼材料，真空度控制在10_2 KT3Pa範圍，然後通l_20Pa氬氣分壓燒結，以I 10°C /min速度自室溫升溫至800°C 1100°C保溫IOmin 2h，緩冷至室溫出爐即可； 所述的混合漿料的配置如下配置質量濃度為1% 10%的聚乙烯醇或甲基纖維素黏結齊U，然後按質量百分比將5% 10%的黏結劑、45% 75%的200目 400目的釺焊粉料或鎳鉻磷粉末和20% 50%去離子水混合均勻製成混合漿料。
4.根據權利要求3所述的開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料的製備方法，其特徵在於所述的梯形結構的金屬波紋芯體(2)採用模壓或者摺疊技術製備。
5.根據權利要求3所述的開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料的製備方法，其特徵在於所述的清洗採用金屬清洗劑清洗。
6.根據權利要求3所述的開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料的製備方法，其特徵在於所述的金屬板材和蜂窩材質為不鏽鋼板、純鋁或鋁合金板。
7.根據權利要求3所述開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料的製備方法，其特徵在於所述的金屬面板厚度0. 5-5mm,波紋面板厚度0. 3_3mm。
8.根據權利要求3所述開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料的製備方法，其特徵在於所述的裝配後六邊形蜂窩材料(4)或方形蜂窩材料(5)孔方向和金屬波紋芯體的孔(3)的方向平行。
9.根據權利要求3所述開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料的製備方法，其特徵在於所述的六邊形蜂窩材料(4)或方形蜂窩材料(5)的孔隙率為90-98%。
10.根據權利要求I所述開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料的製備方法，其特徵在於所述步驟2)的線切割使絲線與蜂窩孔方向平行。
全文摘要
一種開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料的製備方法，將波紋夾層材料與線切割的蜂窩(六邊形蜂窩和方孔蜂窩)通過釺焊技術複合獲得開孔結構的波紋-蜂窩複合夾層材料。本發明實現波紋夾層結構材料和蜂窩複合結構的製備。這種波紋-蜂窩複合夾層結構，在交通運輸、機械製造、軍事領域具有廣泛應用前景，它可以有效減輕結構重量，開孔結構還可以提供主動冷卻,尤其在機械製造行業中，更可以發揮其高強度、高剛度和主動散熱性能。
文檔編號B23P15/00GK102765227SQ20121027140
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月1日 優先權日2012年8月1日
發明者馮上升, 盧天健, 張錢城, 王博, 金峰 申請人:西安交通大學