一种包含非晶合金的复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种包含非晶合金的复合材料，所述复合材料以碳纤维网或者碳纳米管层作为骨架，包裹于非晶合金材料内；所述碳纤维网或者碳纳米管层与非晶合金材料形成均匀层叠结构，所述碳纤维网或者碳纳米管层为一层或者多层分散于非晶合金材料形成的主体结构内。本发明专利技术中提供了一种具有良好塑性的包含非晶合金的复合材料，以解决现有技术中非晶合金材料塑性不足的问题。本发明专利技术中以碳纤维编制的网或者碳纳米管层作为骨架，在外部浇筑一层非晶合金，采用钢筋混凝土的合成原理，制造一种新型复合材料，提升了非晶合金材料的整体塑性。

【技术实现步骤摘要】
一种包含非晶合金的复合材料及其制备方法
本专利技术属于新材料领域，具体涉及一种包含有非晶合金的复合材料及该复合材料的制备方法。
技术介绍
非晶合金材料是近年来研究最多的新型金属材料之一，非晶合金因其微观结构短程有序长程无序的特点，具备高硬度、高强度、优良的成型能力等优点，在现代诸多领域中，已经逐渐取代传统金属材料。尤其在航空航天、汽车运动产品等领域，由于具备高的比强度、比模量、耐磨耐蚀性，非晶合金材料获得了极大的关注。但是非晶合金材料制备成大块非晶合金后不具备塑性变形，尤其是达到弹性极限后断裂的特性限制了其应用范围。为了进一步提升非晶合金材料的塑性指标从而推广非晶合金材料的应用，许多研究者提出了相关的方案，如通过成分调节生成内生强化相、表面应力处理、表面涂层等方式，但是效果都不理想，目前现有技术中也并没有特别有效的解决上述问题的技术方案。
技术实现思路
为了解决所述现有技术的不足，本专利技术中提供了一种具有良好塑性的包含非晶合金的复合材料，以解决现有技术中非晶合金材料塑性不足的问题。本专利技术所要达到的技术效果通过以下方案实现：本专利技术中提供了一种包含非晶合金的复合材料，所述复合材料以碳纤维网或者碳纳米管层作为骨架，包裹于非晶合金材料内；所述碳纤维网或者碳纳米管层与非晶合金材料形成均匀层叠结构，所述碳纤维网或者碳纳米管层为一层或者多层分散于非晶合金材料形成的主体结构内。本专利技术的技术路线是寻找一种能够增加非晶合金材料塑性的材料，并且使两者复合，形成新的复合材料，从而兼具塑性和非晶合金的特性。碳纤维材料是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，其质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性。碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。在本专利技术中，利用碳纤维材料制成的碳纤维网不仅具有高耐热性和柔韧性，以碳纤维编制的网作为骨架，在外部浇筑一层非晶合金，采用钢筋混凝土的合成原理，制造一种新型的复合材料。由于碳纤维制作的内骨具有拉升强度高的特点，且有很强的韧性，而碳纤维剪切强度弱，表面光泽度不够，不耐磨的问题，则可以由非晶补充。进一步地，更优化的选择为使用碳纳米管层与非晶合金材料进行复合，碳纳米管是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料，主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。本专利技术中优选采用的是单壁或少壁碳纳米管。上述碳纳米管由于管径更细（1-10nm）、长径比更大（>1000:1）以及更大的比表面积（200-1500m2/g），能够在微观上与液态非晶合金材料高度浸渗，从而形成高复合强度的材料。进一步地，所述复合材料内还包括碳纤维网或者碳纳米管层的支撑固定结构，所述支撑固定结构为网状、柱状、中空筒状或者片状；所述支撑固定结构为非晶合金网、耐热塑料、黑色金属、铝及铝合金、铜及铜合金、镁及镁合金、铍及铍合金、锌及锌合金、金属钙、水溶性陶瓷中的一种或者多种或者以上述材料为原料的复合材料。本专利技术中的复合材料在制备过程中，对碳纤维网或者碳纳米管层的分布状态要求高，碳纤维网或者碳纳米管层不能呈现无序的分布状态，这样对整体复合材料的塑性分布会产生影响，从而影响整体材料的后处理加工。故如何将碳纤维网或者碳纳米管层按照原始设定进行铸造分布是非常重要的一个工艺环节。碳纤维网或者碳纳米管层由于较为轻薄，难于直接进行固定，需要借助于支撑固定结构。进一步地，所述碳纳米管层的制备方法为将单壁或少壁碳纳米管在模具中加温加压制成不同形状的骨架材料；所采用的单壁或少壁碳纳米管比表面积为200-1500m2/g，管径为1-10nm，管长度为2-5μm。进一步地，所述碳纳米管层的原料中还添加有2-5wt%的石墨烯纳米片。石墨烯纳米片能够有效进一步增进碳纳米管层的比表面积，促进液态非晶合金材料与碳纳米管层的浸渗。本专利技术中还提供了一种上述包含非晶合金的复合材料的制备方法，具体步骤如下：步骤一，按照复合材料设定的外形，编织碳纤维网或者压制碳纳米管层；步骤二，将碳纤维网或者碳纳米管层固定于模具内部；步骤三，利用模内压铸工艺，将熔化的非晶合金熔液注入模具内，使非晶合金材料将碳纤维网或者碳纳米管层包裹完毕后快速降温，制成非晶合金材料的主体结构。在上述方法的基础上对制备方法进行改进，步骤如下：步骤一，按照复合材料设定的外形，编织碳纤维网或者压制碳纳米管层；步骤二，将碳纤维网或者碳纳米管层铺设于半成品模具底部，利用模内压铸工艺，将熔化的非晶合金熔液注入半成品模具内，使非晶合金材料将碳纤维网或者碳纳米管层包裹完毕后快速降温，制成复合材料预制体；步骤三，将两块或者多块复合材料预制体置于设定的成品模具内，利用感应加热的方式，使预制体中的非晶合金升温至形成软态，且加热温度低于非晶合金玻璃化转变温度，然后对模具内施压，使复合材料预制体形成一体化结构。进一步地，步骤三中，对模具内施加的压力为150-400MPa，保压时长为120-200s。在上述方法的基础上进一步对制备方法进行改进，步骤如下：步骤一，按照复合材料设定的外形，编织碳纤维网或者压制碳纳米管层；步骤二，按照复合材料设定的外形，编织非晶合金网，所述非晶合金网规格为5-120目；步骤三，利用非晶合金网在设定的成型模具中对碳纤维网或者碳纳米管层进行单面或者双面固定，然后利用模内压铸工艺，将熔化的非晶合金熔液注入成型模具内，使非晶合金材料充满型腔后快速降温，制成所需复合材料。在上述方法的基础上进一步对制备方法进行改进，步骤如下：步骤一，按照复合材料设定的外形，编织碳纤维网或者压制碳纳米管层；步骤二，按照复合材料设定的外形，设置挡块结构作为碳纤维网或者碳纳米管层在成型模具内的支撑固定结构，所述挡块结构由耐热塑料、黑色金属、铝及铝合金、铜及铜合金、镁及镁合金、铍及铍合金、锌及锌合金、金属钙、水溶性陶瓷中的一种或者多种或者以上述材料为原料的复合材料制成；步骤三，利用模内压铸工艺，将熔化的非晶合金熔液注入成型模具内，使非晶合金材料充满型腔后快速降温，制成所需复合材料。进一步地，步骤三处理完毕后，再利用后处理工序使挡块结构与复合材料本体分离、或者形成其他所需形状结构；所述后处理工序包括利用普通切刀切割、电热切刀切割、砂轮加工、钻头加工、喷砂、喷丸、CNC数控加工中一种或多种的机械加工方式；还包括利用酸性溶液、碱性溶液、循环水流、冲击水流、络合剂溶液进行溶解的加工方式；还包括将机械加工与溶解加工方式共同进行使用的加工方式。本专利技术具有以下优点：本专利技术中提供了一种具有良好塑性的包含非晶合金的复合材料，以解决现有技术中非晶合金材料塑性不足的问题。本专利技术中以碳纤维编制的网或者碳纳米管层作为骨架，在外部浇筑一层非晶合金，采用钢筋混凝土的合成原理，制造一种新型复合材料，提升了非晶合金材料的整体塑性。本专利技术中提供了上述非晶合金复合材料的制备方法，该方法可以最大利用非晶材料低熔点的特点，通过真本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包含非晶合金的复合材料，其特征在于：所述复合材料以碳纤维网或者碳纳米管层作为骨架，包裹于非晶合金材料内；所述碳纤维网或者碳纳米管层与非晶合金材料形成均匀层叠结构，所述碳纤维网或者碳纳米管层为一层或者多层分散于非晶合金材料形成的主体结构内。

【技术特征摘要】
1.一种包含非晶合金的复合材料，其特征在于：所述复合材料以碳纤维网或者碳纳米管层作为骨架，包裹于非晶合金材料内；所述碳纤维网或者碳纳米管层与非晶合金材料形成均匀层叠结构，所述碳纤维网或者碳纳米管层为一层或者多层分散于非晶合金材料形成的主体结构内。2.如权利要求1所述包含非晶合金的复合材料，其特征在于：所述复合材料内还包括碳纤维网或者碳纳米管层的支撑固定结构，所述支撑固定结构为网状、柱状、中空筒状或者片状；所述支撑固定结构为非晶合金网、耐热塑料、黑色金属、铝及铝合金、铜及铜合金、镁及镁合金、铍及铍合金、锌及锌合金、金属钙、水溶性陶瓷中的一种或者多种或者以上述材料为原料的复合材料。3.如权利要求1所述包含非晶合金的复合材料，其特征在于：所述碳纳米管层的制备方法为将单壁或少壁碳纳米管在模具中加温加压制成不同形状的骨架材料；所采用的单壁或少壁碳纳米管比表面积为200-1500m2/g，管径为1-10nm，管长度为2-5μm。4.如权利要求3所述包含非晶合金的复合材料，其特征在于：所述碳纳米管层的原料中还添加有2-5wt%的石墨烯纳米片。5.如权利要求1-4任一所述包含非晶合金的复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一，按照复合材料设定的外形，编织碳纤维网或者压制碳纳米管层；步骤二，将碳纤维网或者碳纳米管层固定于模具内部；步骤三，利用模内压铸工艺，将熔化的非晶合金熔液注入模具内，使非晶合金材料将碳纤维网或者碳纳米管层包裹完毕后快速降温，制成非晶合金材料的主体结构。6.如权利要求1-4任一所述包含非晶合金的复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一，按照复合材料设定的外形，编织碳纤维网或者压制碳纳米管层；步骤二，将碳纤维网或者碳纳米管层铺设于半成品模具底部，利用模内压铸工艺，将熔化的非晶合金熔液注入半成品模具内，使非晶合金材料将碳纤维网或者碳纳米管层包裹完毕后快速降温，制成复合材料预制体；步骤三，将两块或者多块复合材料预制体置于设定的成...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋佳，
申请(专利权)人：深圳市锆安材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44