本发明属于仿生复合材料制备领域，具体涉及一种仿贝壳结构的niti纤维增强feal层状材料及其制备方法。
背景技术：
1、金属间化合物基层状复合材料(metal-intermetallic-laminate,mil)，是一种仿天然贝壳叠层结构的新型材料，因具有低密度、高比强度、高比刚度以及良好的抗冲击性能，是航空航天等领域的重要备选材料。近年来，人们利用各种技术，相继制备出了ti-al系、ti-ni系、fe-al系和ni-al系等mil复合材料，研究最深入的属ti-al系。但由于脆性al3ti是反应烧结过程中形成的唯一金属间相，使得调整性能的能力有限，且钛合金成本较高，在一定程度上限制了ti-al系mil复合材料的广泛应用。fe-al系mil复合材料因其具有不亚于ti-al系mil复合材料的强度和韧性，且原材料成本较低，被认为是具有重要发展前景的新型材料。
2、关于fe-al系mil复合材料的制备方法，人们开发了轧制复合法、热压烧结法和放电等离子烧结法等。其中，热压烧结法具有近净成形、界面结合牢固、无孔洞等优点而被广泛应用。美国加州大学圣地亚哥分校vecchio的研究发现，固/半固热压烧结法制备fe-al系mil复合材料的效率最高，金属间化合物层最致密。而后的研究表明，在反应烧结后的更高温度下进行热处理可以使fe2al5脆性相转变成feal等韧性相，避免了冷却时由于应力导致金属间层开裂。同课题组的wang haoren摒弃了传统厚箔堆叠的制备方法，将薄铁箔与薄铝箔交替堆叠，利用“多薄箔”堆叠方法分别制备出了fe-feal、430ss-feal、304ss-feal mil复合材料，三种复合材料在垂直于叠层方向的抗压强度很高，分别达到了1250mpa，1390mpa和2300mpa，最大塑性应变分别为～0.17、～0.11和～0.17；在平行于叠层方向的抗压强度分别达到了1750mpa，1760mpa和2000mpa，最大塑性应变分别为～0.23、～0.17和～0.19。哈尔滨工程大学的郑雨晴利用纯铁箔、纯铝箔和430ss箔制备出的feal系mil复合材料在垂直于层的抗压强度达到了2538mpa，平行于层的抗压强度达到了2417mpa，而抗拉强度为528mpa。中北大学的王宇以1100纯al和纯fe为原材料，采用热压烧结法、放电等离子烧结制备出了三种fe-feal mil复合材料。垂直于叠层方向的抗压强度为1210mpa—1450mpa。但是，他们制备的复合材料仅在介观尺度，并不具备宏观—介观—微观多尺度、多级次的结构。
3、近来为了进一步提高mil复合材料的性能，国内外研究者把连续纤维引入到mil复合材料中，包括niti、c、sic、al2o3等。汪恩浩等人将niti纤维引入到ti-al系mil材料中，并通过压缩试验测定其力学性能。实验结果表明，垂直于层的平均抗压强度和失效应变分别为1208mpa和～0.044，平行于层的平均抗压强度和失效应变分别为962mpa和～0.048。此外，niti纤维的加入还可以改善复合材料的阻尼性能。在1hz与20hz条件下，室温至50℃的损耗模量分别约为3500mpa和4100mpa。焦飞飞等人制备的c纤维增强ti-al系mil复合材料垂直于层的平均抗压强度和破坏应变分别为727mpa和～0.045，平行于层的平均抗压强度和破坏应变分别为838mpa和～0.016，平均抗拉强度和断裂应变为193mpa和0.063。蔺春发和韩雨蔷等人又分别研究了sic纤维和al2o3纤维增强ti-al系mil复合材料的力学性能，也都具有比不加纤维的ti-al系mil复合材料更好的强度和塑性。可见，纤维的加入可以提高mil复合材料的力学性能。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种具有多尺度结构，高强度高韧性，成本较低，成型率高的仿贝壳结构的niti纤维增强feal层状材料及其制备方法。
2、本发明的目的通过如下技术方案来实现：
3、一种仿贝壳结构的niti纤维增强feal层状材料，使用的原材料为0.20～1.00mm厚的304ss箔、0.01～0.10mm厚的430ss箔、0.01～0.10mm厚的商业纯铝箔和直径为0.02～0.10mm的niti纤维。
4、一种仿贝壳结构的niti纤维增强feal层状材料的制备方法，具体包括以下步骤：
5、步骤一：用碳化硅砂纸对箔材进行打磨，去除表面氧化物，然后置于盛满无水乙醇的烧杯中，进行超声波清洗；清洗完毕后利用吹风机对其表面烘干，保存在干燥密封处备用；
6、步骤二：用脱氧剂去除niti纤维表面的保护涂层；
7、步骤三：层状复合材料的堆叠结构由n个304ss层和n-1个“多薄箔”组合构成，即“304ss—‘多薄箔’组合—304ss—‘多薄箔’组合—304ss……—‘多薄箔’组合—304ss”；所述“多薄箔”组合由m个1060纯al层、m-1个430ss层和niti纤维组成，堆叠顺序“niti—al—430ss—niti—al—430ss—……—niti—al”，
8、步骤四：堆叠好的原材料夹在真空热压炉中的薄石墨平板的不锈钢垫板之间，从室温加热到550℃，压力保持在3-8mpa以下，然后分为两个阶段进行保温：第一阶段加热至550℃-750℃后，保温2h-5h，压力保持在3-8mpa；第二阶段加热至850℃-1000℃后，保温2h-5h，压力维持在12-18mpa。
9、步骤五：保温完成后，成品与模具随炉冷却至室温。
10、进一步地，所述步骤一中箔材是通过剪板机将0.20～1.00mm厚的304ss箔、0.01～0.10mm厚的430ss箔、0.01～0.10mm厚的商业纯铝箔切割成50mm×50mm的正方形。
11、进一步地，所述步骤二中niti纤维的直径为0.02～0.10mm；所述脱氧剂为25％hf、15％hno3和10％hcl。
12、进一步地，所述步骤三通过控制n、m值来调控金属层和金属间化合物层的比例，从而调控性能。
13、进一步地，所述步骤四堆叠好的原材料夹在真空热压炉中的薄石墨平板的不锈钢垫板之间，以10℃/min的加热速度从室温加热到550℃；第一阶段保温时以1℃/min的速度加热至550℃-750℃；第二阶段保温时以5℃/min的速度加热至850℃-1000℃。
14、本发明的有益效果在于：
15、(1)本发明制备出的feal层状复合材料为多相混合层，包括金属层、金属间化合物层和由al扩散形成的过渡层，与传统的tial系和nial系层状复合材料有显著区别。
16、(2)本发明引入的niti纤维可与基体良好结合，形成纤维反应区，无明显缺陷。这可有效改善feal层状复合材料的显微组织和力学性能。
17、(3)本发明制备的feal层状复合材料具有类似贝壳的多尺度结构。复合材料的多尺度结构是具有协同能量耗散机制的关键，是获得超高强韧性的根本。
18、(4)本发明制备的feal层状复合材料具有优异的吸声性能。这要归功于niti纤维良好的阻尼吸声性能以及引入niti纤维后，纤维与基体之间存在的微小孔隙。