[发明专利]网络互穿型陶瓷-金属复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷增强金属基复合材料及制备方法，特别涉及一种网络互穿型陶瓷-金属复合材料及其制备方法。

背景技术

关于金属基耐磨复合材料主要有制造成本、使用寿命等方面的考虑。陶瓷增强金属基复合材料中的陶瓷单元主要包括陶瓷颗粒、陶瓷纤维、多孔或网络陶瓷预制体等，对应的金属基复合材料分别称之为陶瓷颗粒增强金属基复合材料、陶瓷纤维增强金属基复合材料和多孔陶瓷或网络结构陶瓷增强金属基复合材料。针对陶瓷颗粒或纤维增强金属基复合材料的制备，为了提高陶瓷单元在复合材料的均匀性，其制备工艺更为复杂，制造成本也会显著增加，特别是在服役过程中陶瓷颗粒经常会出现易脱落的问题，从而大大降低使用寿命。而对于普通的多孔陶瓷或网络结构陶瓷增强金属基复合材料，由于多孔陶瓷预制体的制备主要采用有机泡沫浸渍工艺、发泡法、添加造孔剂工艺、和溶胶-凝胶工艺、自蔓延高温合成方法等，要么存在制备工艺成本高、工艺条件难控制，要么制备的陶瓷力学性能不高，从而也会导致制备的复合材料制备成本高或出现使用寿命不长等情况。

发明内容

本发明基于陶瓷-金属复合材料在制备成本、使用寿命等方面的性能考虑，另辟蹊径，其目的在于提供一种网络互穿型陶瓷-金属基复合材料及其制备方法，该材料可克服陶瓷增强金属基复合材料中陶瓷单元的不均匀性、制备工艺的复杂性以及服役过程中陶瓷单元的易脱落等问题，实现了陶瓷与金属之间的强冶金结合，所制备的复合材料具有成本低、使用寿命长、可靠性好等优点，特别适用于摩擦、磨损等各种耐磨领域。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种网络互穿型陶瓷-金属复合材料，其特征在于，包括金属基体，以及由横向筋和纵向筋构成的陶瓷支架，所述金属基体用铸造工艺包裹在陶瓷支架的横向筋和纵向筋周围，与陶瓷支架联结为一体。

上述方案中，所述陶瓷支架的材质为碳化硅陶瓷。所述金属基体的材质为铸钢或铸铁。所述陶瓷支架包含有单层、双层或三层以上横向筋。

前述网络互穿型陶瓷-金属复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)陶瓷支架的制备：先制备多孔碳支架，然后通过渗硅处理制备包括横向筋和纵向筋的SiC陶瓷支架；

(2)陶瓷-金属复合材料的制备：先根据陶瓷支架和复合材料的外形尺寸进行铸型设计，再将陶瓷支架固定于铸型内，然后将完全熔化的铸钢或铸铁熔体浇注于铸型内，最后冷却，脱模，取出。

本发明的陶瓷-金属复合材料与现有技术相比，其优点在于：

(1)工艺简单，制造成本低。采用三维SiC陶瓷支架的金属铸造复合技术，制备具有网络互穿型陶瓷-金属复合材料，与陶瓷颗粒或纤维增强金属基材料相比，可以简单地解决其陶瓷单元不均匀的难题，且制造成本低。

(2)可靠性好，使用寿命长。同样地，与陶瓷颗粒或纤维增强金属基复合材料相比，采用本发明技术制备陶瓷-金属复合材料中的陶瓷单元(陶瓷支架)在服役过程中不易脱落，可靠性更好；与普通多孔陶瓷或网络结构陶瓷增强金属基复合材料相比，采用本发明技术制备陶瓷-金属复合材料中的陶瓷单元(陶瓷支架)比普通多孔陶瓷或网络结构陶瓷具有明显力学性能高的优点，从而有利于提高使用寿命。

附图说明

图1为用于本发明的网络互穿型陶瓷-金属复合材料的单层陶瓷支架的结构示意图，其中图1(a)和图1(b)为横向筋分别在纵向筋中间和一端的陶瓷支架。

图2为用于本发明的网络互穿型陶瓷-金属复合材料的双层陶瓷支架的结构示意图。

图3为用于本发明的网络互穿型陶瓷-金属复合材料的多层(包括三层或三层以上)陶瓷支架的结构示意图。

图4为用于本发明的单层陶瓷支架增强金属复合材料的结构示意图，其中：图4(a)单层陶瓷支架增强金属复合材料的主视示意图，图4(b)为图4(a)的A-A剖视示意图；

图5为用于本发明的双层陶瓷支架增强金属复合材料的结构示意图，其中：图5(a)双层陶瓷支架增强金属复合材料的主视示意图，图5(b)为图5(a)的B-B剖视示意图；

图6为用于本发明的多层(包括三层或三层以上)陶瓷支架增强金属复合材料的结构示意图，其中：图6(a)多层(包括三层或三层以上)陶瓷支架增强金属复合材料的主视示意图，图6(b)为图6(a)的C-C剖视示意图。

图1至图6中：1、陶瓷筋；2、金属基体；3、陶瓷支架。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。