CN113775917B - 一种多尺度复合结构件材料及其制造方法 - Google Patents

一种多尺度复合结构件材料及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113775917B
CN113775917B CN202111107368.4A CN202111107368A CN113775917B CN 113775917 B CN113775917 B CN 113775917B CN 202111107368 A CN202111107368 A CN 202111107368A CN 113775917 B CN113775917 B CN 113775917B
Authority
CN
China
Prior art keywords
particle size
structural member
particles
binder
composite structural
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111107368.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113775917A (zh
Inventor
张建设
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nantong Sanduo Electronic Technology Co ltd
Original Assignee
Nantong Sanduo Electronic Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nantong Sanduo Electronic Technology Co ltd filed Critical Nantong Sanduo Electronic Technology Co ltd
Priority to CN202111107368.4A priority Critical patent/CN113775917B/zh
Publication of CN113775917A publication Critical patent/CN113775917A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113775917B publication Critical patent/CN113775917B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16S—CONSTRUCTIONAL ELEMENTS IN GENERAL; STRUCTURES BUILT-UP FROM SUCH ELEMENTS, IN GENERAL
    • F16S5/00—Other constructional members not restricted to an application fully provided for in a single class
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B26/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
    • C04B26/02—Macromolecular compounds
    • C04B26/10—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B26/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
    • C04B26/02—Macromolecular compounds
    • C04B26/10—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B26/12—Condensation polymers of aldehydes or ketones
    • C04B26/122—Phenol-formaldehyde condensation polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B26/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
    • C04B26/02—Macromolecular compounds
    • C04B26/10—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B26/14—Polyepoxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B26/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing only organic binders, e.g. polymer or resin concrete
    • C04B26/02—Macromolecular compounds
    • C04B26/10—Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B26/20—Polyamides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16S—CONSTRUCTIONAL ELEMENTS IN GENERAL; STRUCTURES BUILT-UP FROM SUCH ELEMENTS, IN GENERAL
    • F16S3/00—Elongated members, e.g. profiled members; Assemblies thereof; Gratings or grilles

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多尺度复合结构件材料及其制造方法，所述复合结构件材料由外壳(1)和壳内所填充的多组分多尺度料体组成；所述外壳(1)的材质为钢合金、铝合金、镁合金、锂合金或高分子材料中的一种；所述多组分多尺度料体包括：陶瓷颗粒、助流剂(4)和粘结剂(5)。所述复合结构件材料的制造方法主要步骤是：筛分陶瓷颗粒、助流剂和粘结剂，均匀混合由陶瓷颗粒、助流剂(4)和粘结剂(5)组成的料体，调节料体的含水率，填装料体至外壳(1)，干燥和振实填装后的料体，最后进行热固化。本发明与制备精密力学结构件常规材料例如钢合金相比，显著改善了材料的比强度和比刚度等关键性指标。

Description

一种多尺度复合结构件材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种多尺度复合结构件材料及其制造方法。
技术背景
用于制备精密力学结构件的材料通常要求具有高的力学强度和力学刚度，在车辆、船舶、运载火箭、航空航天器等移动性装备上往往还要求这些材料具有尽可能小的质量密度，结合来看，则是要求材料的比强度和比刚度指标足够高。钢合金尽管是一种常用的力学结构件材料，但是其比刚度和比刚度并不突出。近年来，碳纤维复合材料获得了快速发展，其比强度和比刚度分别已达到钢的10倍和4倍以上，在一些应用场景下碳纤维复合材料取代了钢合金。然而需要指出的是，碳纤维复合材料的生产工艺仍较为复杂，其高昂的制造成本限制了它规模化的应用。另一方面，工程陶瓷如碳化硅等是高比压缩强度和高比刚度的材料，其比压缩强度和比刚度指标甚至优于碳纤维复合材料，但是工程陶瓷的断裂韧性较差，并且用于制备精密结构件的生成工艺也十分昂贵，因此精密陶瓷结构件产品也十分罕见。综合来看，目前市场上仍然缺乏能同时兼顾比强度高、比刚度高和制造成本低等特点的精密力学结构件材料。
发明内容
本发明目的在于针对上述现有技术的缺陷，提供了一种多尺度复合结构件材料及其制造方法，以解决市场上仍然缺乏能同时兼顾比强度高、比刚度高和制造成本低等特点的精密力学结构件材料问题。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：提供一种多尺度复合结构件材料，所述复合结构件材料由外壳1和壳内所填充的多组分多尺度料体组成；所述外壳1的材质为钢合金、铝合金、镁合金、锂合金或高分子材料中的一种，所述外壳1的外形轮廓和精密尺寸由常规精密加工设备加工而获得；所述多组分多尺度料体包括：陶瓷颗粒、助流剂4和粘结剂5，所述料体中陶瓷颗粒体积含量60-99％、助流剂体积含量0-10％、粘结剂体积含量1-40％。
进一步地，本发明所述陶瓷颗粒为碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、氧化镁和二氧化硅中的一种颗粒或多种混合颗粒。
进一步地，本发明所述陶瓷颗粒的粒径范围为0.01-200微米，粒径分布至少存在两个等级，其中粒径等级大的颗粒2所占体积含量为5-50％，粒径等级小的颗粒3所占体积含量为50-95％，粒径等级大的颗粒2的平均粒径是粒径等级小的颗粒3的平均粒径三倍以上。
进一步地，本发明所述助流剂4为石墨粉、滑石粉、硅胶粉和硬脂酸钠粉中的一种或多种混合粉体。
进一步地，本发明所述助流剂4的粉体粒径范围为0.01-200微米。
进一步地，本发明所述粘结剂5为环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、苯并噁嗪树脂和铝粉中的一种粉体或多种混合粉体。
进一步地，本发明所述粘结剂5的粉体粒径范围为0.01-200微米。
进一步地，本发明所述复合结构件材料的制造方法包括：
1)利用筛分装置对陶瓷颗粒、助流剂4和粘结剂5进行筛分；
2)利用混料装置对筛分后选取的陶瓷颗粒、助流剂4和粘结剂5进行混合，混合时间1-24小时；
3)在含水率调节装置中对混合后的料体进行含水率调节，体积含水率控制在0-5％范围；
4)把上述粉体填装至结构件外壳1的空腔中，直至填满；
5)把上述填装料体的结构件放入干燥装置中进行干燥；
6)使用振实装置对干燥后的结构件进行振实操作；
7)对振实后的结构件进行热固化工艺操作；
进一步地，本发明所述方法的热固化工艺至少分为三段：第一段是从室温升至90～100℃，保温10～30min；第二段是继续升温至110～200℃，保温1.0～2.0h；第三段是从110～200℃降温至30～60℃。
有益效果：
1、与制备精密力学结构件常规材料例如钢合金相比，本发明显著改善了材料的比强度和比刚度等关键性指标。
2、与制备精密力学结构件的碳纤维复合材料相比，本发明显著降低生产工艺复杂度，大幅降低了生产成本。
3、与工程陶瓷材料相比，本发明显著提高了断裂韧性，降低生产工艺复杂度，同时保障了所制备的力学结构件具有高精度的外形尺寸。
附图说明
图1为本发明中具有异型外形的多尺度复合结构件材料的构造示意图
附图标记：1-复合结构件材料外壳；2-大粒径陶瓷颗粒；3-小粒径陶瓷颗粒；4-粘结剂颗粒；5-助流剂颗粒；
图2为本发明中具有棒型外形的多尺度复合结构件材料的构造示意图
附图标记：1-复合结构件材料外壳；2-大粒径陶瓷颗粒；3-小粒径陶瓷颗粒；4-助流剂颗粒；5-粘结剂颗粒；
图3为本发明多尺度复合结构件材料的制造流程图
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供一种多尺度复合结构件材料，所述复合结构件材料由外壳1和壳内所填充的多组分多尺度料体组成；所述外壳1的材质为钢合金、铝合金、镁合金、锂合金或高分子材料中的一种，所述外壳1的外形轮廓和精密尺寸由常规精密加工设备加工而获得；所述多组分多尺度料体包括：陶瓷颗粒、助流剂4和粘结剂5，所述料体中陶瓷颗粒体积含量60-99％、助流剂体积含量0-10％、粘结剂体积含量1-40％。
本发明所述陶瓷颗粒为碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、氧化镁和二氧化硅中的一种颗粒或多种混合颗粒。
本发明所述陶瓷颗粒的粒径范围为0.01-200微米，粒径分布至少存在两个等级，其中粒径等级大的颗粒2所占体积含量为5-50％，粒径等级小的颗粒3所占体积含量为50-95％，粒径等级大的颗粒2的平均粒径是粒径等级小的颗粒3的平均粒径三倍以上。
本发明所述助流剂4为石墨粉、滑石粉、硅胶粉和硬脂酸钠粉中的一种或多种混合粉体。
本发明所述助流剂4的粉体粒径范围为0.01-200微米。
本发明所述粘结剂5为环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、苯并噁嗪树脂和铝粉中的一种粉体或多种混合粉体。
本发明所述粘结剂5的粉体粒径范围为0.01-200微米。
本发明复合结构件材料的制造方法如图3所示，包括：
1)利用筛分装置对陶瓷颗粒、助流剂4和粘结剂5进行筛分；
2)利用混料装置对筛分后选取的陶瓷颗粒、助流剂4和粘结剂5进行混合，混合时间1-24小时；
3)在含水率调节装置中对混合后的料体进行含水率调节，体积含水率控制在0-5％范围；
4)把上述料体填装至结构件外壳1的空腔中，直至填满；
5)把上述填装料体的结构件放入干燥装置中进行干燥；
6)使用振实装置对干燥后的结构件进行振实操作；
7)对振实后的结构件进行热固化工艺操作。
本发明所述方法的热固化工艺至少分为三段：第一段是从室温升至90～100℃，保温10～30min；第二段是继续升温至110～200℃，保温1.0～2.0h；第三段是从110～200℃降温至30～60℃。
本发明描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种多尺度复合结构件材料，其特征在于：所述复合结构件材料由外壳(1)和壳内所填充的多组分多尺度料体组成；所述多组分多尺度料体包括：陶瓷颗粒、助流剂(4)和粘结剂(5)，所述料体中陶瓷颗粒体积含量60-99％、助流剂体积含量0-10％、粘结剂体积含量1-40％；所述陶瓷颗粒的粒径范围为0.01-200微米，粒径分布至少存在两个等级，其中粒径等级大的颗粒(2)所占体积含量为5-50％，粒径等级小的颗粒(3)所占体积含量为50-95％，粒径等级大的颗粒(2)的平均粒径是粒径等级小的颗粒(3)的平均粒径三倍以上；
所述助流剂(4)的粉体粒径范围为0.01-200微米；
所述粘结剂(5)的粉体粒径范围为0.01-200微米。
2.根据权利要求1所述的一种多尺度复合结构件材料，其特征在于：所述外壳(1)的材质为钢合金、铝合金、镁合金、锂合金或高分子材料中的一种；所述外壳(1)的外形轮廓和精密尺寸由常规精密加工设备加工而获得。
3.根据权利要求1所述的一种多尺度复合结构件材料，其特征在于：所述陶瓷颗粒为碳化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、氧化镁和二氧化硅中的一种颗粒或多种混合颗粒。
4.根据权利要求1所述的一种多尺度复合结构件材料，其特征在于：所述助流剂(4)为石墨粉、滑石粉、硅胶粉和硬脂酸钠粉中的一种或多种混合粉体。
5.根据权利要求1所述的一种多尺度复合结构件材料，其特征在于：所述粘结剂(5)为环氧树脂、酚醛树脂、双马来酰亚胺树脂、氰酸酯树脂、苯并噁嗪树脂和铝粉中的一种粉体或多种混合粉体。
6.一种多尺度复合结构件材料的制造方法，其特征在于：所述复合结构件材料的制造方法包括：
步骤1：利用筛分装置对陶瓷颗粒、助流剂和粘结剂进行筛分；
步骤2：利用混料装置对筛分后选取的陶瓷颗粒、助流剂和粘结剂进行混合，混合时间1-24小时；
步骤3：在含水率调节装置中对混合后的料体进行含水率调节，体积含水率控制在0-5％范围；
步骤4：把上述料体填装至结构件外壳(1)的空腔中，直至填满；
步骤5：把上述填装完料体的结构件放入干燥装置中进行干燥；
步骤6：使用振实装置对干燥后的结构件进行振实操作；
步骤7：对振实后的结构件进行热固化工艺操作；
所述陶瓷颗粒的粒径范围为0.01-200微米，粒径分布至少存在两个等级，其中粒径等级大的颗粒(2)所占体积含量为5-50％，粒径等级小的颗粒(3)所占体积含量为50-95％，粒径等级大的颗粒(2)的平均粒径是粒径等级小的颗粒(3)的平均粒径三倍以上；
所述助流剂(4)的粉体粒径范围为0.01-200微米；
所述粘结剂(5)的粉体粒径范围为0.01-200微米。
7.根据权利要求6所述的一种多尺度复合结构件材料的制造方法，其特征在于：所述方法的热固化工艺至少分为三段：第一段是从室温升至90～100℃，保温10～30min；第二段是继续升温至110～200℃，保温1.0～2.0h；第三段是从110～200℃降温至30～60℃。
CN202111107368.4A 2021-09-22 2021-09-22 一种多尺度复合结构件材料及其制造方法 Active CN113775917B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111107368.4A CN113775917B (zh) 2021-09-22 2021-09-22 一种多尺度复合结构件材料及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111107368.4A CN113775917B (zh) 2021-09-22 2021-09-22 一种多尺度复合结构件材料及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113775917A CN113775917A (zh) 2021-12-10
CN113775917B true CN113775917B (zh) 2022-09-16

Family

ID=78852717

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111107368.4A Active CN113775917B (zh) 2021-09-22 2021-09-22 一种多尺度复合结构件材料及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113775917B (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ357598A3 (cs) * 1996-05-10 1999-06-16 Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien Vnitřní zesílení dutých konstrukčních prvků
US6878434B2 (en) * 2002-03-15 2005-04-12 Kyocera Corporation Composite construction and manufacturing method thereof
US20070141316A1 (en) * 2005-12-19 2007-06-21 Mcgrath Ralph D Tri-extruded WUCS glass fiber reinforced plastic composite articles and methods for making such articles
CN107572890B (zh) * 2017-10-20 2020-08-28 湖南国汇新材料有限公司 一种填充陶瓷废料的矿物铸件材料及其应用和产品

Also Published As

Publication number Publication date
CN113775917A (zh) 2021-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108947537B (zh) 一种SiC陶瓷结构件及其制备方法
CN109796208B (zh) 一种Si3N4陶瓷结构件及其制备方法
CN102114541B (zh) 一种高体积分数硅颗粒增强铝基复合材料的制备工艺
CN100478302C (zh) 一种高强度致密碳化硅陶瓷球及其制备方法
CN104907567A (zh) 一种制备高密度复杂形状硬质合金零件和刀具的方法
Dong et al. Additive manufacturing of silicon nitride ceramics: A review of advances and perspectives
CN106495699A (zh) 一种SLS技术与PIP技术相结合制备高强度耐高温SiC陶瓷导弹头外壳的方法
CN108002842B (zh) 一种复杂形状多孔氮化硅件的制备方法
JP2007224359A (ja) 金属基複合粉体、金属基複合材及びその製造方法
Zou et al. Effects of short carbon fiber on the macro-properties, mechanical performance and microstructure of SiSiC composite fabricated by selective laser sintering
CN107949551A (zh) 基于平版印刷制造的金刚石复合材料
CN105837219A (zh) 一种碳化硅陶瓷零件的制备方法
CN115286408A (zh) 一种基于颗粒级配复合技术的激光3d打印制备碳化硅复合材料部件的方法
CN113070464A (zh) 铝基多孔复合材料、其制备方法和应用
CN104658917B (zh) 一种含高体积分数SiC的金属基复合电子封装件的制备方法
CN113775917B (zh) 一种多尺度复合结构件材料及其制造方法
CN113563087A (zh) 氮化硅陶瓷零件及其制造方法
JP2010222155A (ja) 炭化珪素質焼結体及びその製造方法
CN117658641A (zh) 一种基于选区激光3D打印和两步烧结制备高致密SiC陶瓷的方法
CN107226700A (zh) 一种Si3N4‑BN‑MAS陶瓷复合材料及其制备方法
CN109108288B (zh) 一种粉末注射成形制备空心球金属基轻质复合材料的方法
KR100781628B1 (ko) 흑연 복합재 연료전지 분리판과 그의 제조방법
Pelanconi et al. High‐strength Si–SiC lattices prepared by powder bed fusion, infiltration‐pyrolysis, and reactive silicon infiltration
US6699412B2 (en) Compression-molded silicon carbide structures
CN112876250B (zh) 一种pdc钻头模具及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant