一种Al-Ag可控加载功能梯度复合材料及其制备方法

本发明属于功能梯度材料的，具体涉及一种al-ag可控加载功能梯度复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着国防安全、航空航天和高端制造领域中关键材料服役可靠性和安全性的提升，亟需梯度材料在服役载荷(不同应力、不同应变率)下的动态物性数据，获得这种动态物性数据的方法主要是多级轻气炮加载技术，这种加载技术的核心则是可控加载功能梯度材料，因此研究可控加载功能梯度材料成为研究重点。

2、目前，可控加载功能梯度材料主要的研究体系有al-cu体系和ag-w体系，但是al-cu体系烧结过程中出现金属间化合物，金属间化合物属脆性，但原材料al和cu属韧性，材料特性不同，会使加载速度波形出现起伏，ag-w体系两种材料热膨胀系数差异较大，导致应力产生，应力释放会导致裂纹产生，材料内部存在缺陷，最终得到的加载速度波形出现下降，光滑性差。

3、因此，亟需一种波阻抗(密度)连续变化或准连续变化的可控加载功能梯度材料。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、本发明的目的在于提供一种al-ag可控加载功能梯度复合材料及其制备方法，该梯度复合材料宏观表面平整度好，致密化程度、强度和峰值应力高，为阻抗(密度)连续或准连续的梯度材料。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：

3、提供了一种al-ag可控加载功能梯度复合材料，所述功能梯度复合材料共10-15层，第一层为纯al，最后一层为纯ag；其中：

4、从第一层到最后一层al的含量从100％梯度递减至0，而ag的含量从0梯度递增到100％；

5、梯度复合材料的波阻抗分布指数为2-3。

6、按上述方案，从第一层到最后一层的顺序计，相邻两层间al的含量差值，先从0.14～0.17％开始梯度递增至20～21％，再梯度递减至5～6％。

7、按上述方案，所述梯度复合材料总厚度为2～3mm。

8、按上述方案，所述梯度复合材料中，中间层部分的单层厚度为100-200μm，首层和末层的厚度为在中间层单层厚度的基础上分别加厚200-300μm。

9、提供一种上述al-ag可控加载功能梯度复合材料的制备方法，包括以下步骤：

10、1)根据每层al粉和ag粉的比例，称取粉末混合均匀；

11、2)首先取最后一层的粉末压制成型，压制结束后，取倒数第二层的复合粉末在最后一层表面进行压制，依次类推，最后对第一层粉末进行压制，得到预压制样品；

12、3)将步骤2)所得预压制样品进行整体压制，然后在90～100mpa、570～580℃条件下进行烧结，即得al-ag可控加载功能梯度复合材料。

13、按上述方案，所述步骤2)中，由于压制过程中al粉会沾到上压头，需要在上压头与粉末之间铺上一层石墨纸或是称量纸，避免粉末的损失。

14、按上述方案，所述步骤2)中，压制工艺为：10mpa-20mpa压制1-2min。

15、按上述方案，所述步骤3)中，压制工艺为：压力10～20mpa，时间20～30min。

16、按上述方案，所述步骤3)中，所述烧结保温时间为2～3h。

17、按上述方案，所述步骤3)中，烧结工艺为：先将温度升至280～320℃，保温25～40min，再升压至90～100mpa，最后再继续升温至570～580℃，保温2～3h。粉体在280～320℃时已有烧结的初步迹象，同时粉末接触面积比较大，此时增加压力有利于层与层之间的紧密结合。

18、本发明的有益效果如下：

19、1.本发明提供了一种al-ag可控加载功能梯度复合材料，选择ag和al进行复合，配合梯度设计，所得梯度复合材料的表面平整度好，强度高，峰值应力高，为阻抗(密度)连续或准连续的梯度材料。

20、2.本发明提供了一种al-ag可控加载功能梯度复合材料的制备方法，首先压制密度最大的最后一层，避免压制下一层时密度大的层向密度小的层过度扩散，确保材料的规律性；烧结时选择合适的温度和压力，既保证了梯度复合材料良好的结合，保证了材料的成型形，也不会因温度超过液相线太多而出现熔融析出，破坏材料整体的完整性；在高温和高压作用下，粉末颗粒重排，结合更加紧密，中间层al粉和ag粉的比例不同，会出现少量液相，使al-ag可控加载功能梯度材料结合更加紧密；制备过程简单，可操作性强，具有工业化应用前景。

技术特征：

1.一种al-ag可控加载功能梯度复合材料，其特征在于，所述功能梯度复合材料共10-15层，波阻抗分布指数为2-3；其中：

2.根据权利要求1所述的梯度复合材料，其特征在于，从第一层到最后一层的顺序计，相邻两层间al的含量差值，先从0.14～0.17％开始梯度递增至20～21％，再梯度递减至5～6％。

3.根据权利要求1所述的梯度复合材料，其特征在于，所述梯度复合材料总厚度为2～3mm。

4.根据权利要求1所述的梯度复合材料，其特征在于，所述梯度复合材料中，中间层部分的单层厚度为100-200μm，第一层和最后一层的厚度为在中间层单层厚度的基础上分别加厚200-300μm。

5.一种权利要求1-4任一项所述的al-ag可控加载功能梯度复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，压制过程中，在上压头与粉末之间铺上一层石墨纸或是称量纸，避免粉末的损失。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，压制工艺为：10mpa-20mpa压制1-2min。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，压制工艺为：压力10～20mpa，时间20～30min。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述烧结保温时间为2～3h。

10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，烧结工艺为：先将温度升至280～320℃，保温25～40min，再升压至90～100mpa，最后再继续升温至570～580℃，保温2～3h。

技术总结
本发明公开了一种Al‑Ag可控加载功能梯度复合材料及其制备方法。该梯度复合材料共10‑15层，波阻抗分布指数为2‑3；其中：从第一层到最后一层Al的含量从100％梯度递减至0，而Ag的含量从0梯度递增到100％。其制备：取最后一层的粉末压制成型，然后取倒数第二层的复合粉末在最后一层表面进行压制，依次类推，得到预压制样品，再进行整体压制、烧结即可。本发明对材料单层组分进行设计，单层复合材料粉体的波阻抗(密度)按照梯度材料的设计曲线呈现指数规律变化，所得复合材料的宏观表面平整度好，致密化程度、强度和峰值应力高，为阻抗(密度)连续或准连续的梯度材料；制备过程简单，可操作性强，具有工业化应用前景。

技术研发人员：孙一,张杨,李培博,杨学斌,罗国强,沈强
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17