[发明专利]一种金属空心球的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于空心球金属泡沫的制备技术领域，尤其是涉及一种金属空心球的制备方法。

背景技术

目前的热防护体系中间部分所采用的隔热材料一般为氧化铝陶瓷纤维，虽然它轻质，耐热性、抗氧化性好，但抗热震性差，导热率随温度的变化很大，而且由于非金属和金属盖板间热膨胀系数的差异，容易引起热循环中的结构不稳定性。而由烧结或连接空心球颗粒制备的空心球金属泡沫内部空心、球壳致密，是一种兼具功能和结构双重属性的新型功能材料，能有效地抑制对流和辐射传热。在发动机、燃烧室等高温环境下的缓冲防护、降噪隔热等方面有潜在应用。

目前金属空心球的制备方法有雾化法、金属流化床法和滚粉烧结法等。雾化法产量低(通常只有1％～5％)，而且获得的空心球的尺寸较小；金属流化床法从理论上讲可以制备任何金属及合金的空心球材料，但工序复杂，成本较高；滚粉烧结法制备的空心球表面干燥，壁厚薄且不易控制，球与球之间需要采用合金粉浆加以粘接，制备效率很低。目前国际、国内对金属空心球材料制备工艺控制的理论研究极为薄弱。以上几种方法都存在球体尺寸不易控制、球壳容易破裂等现象。电子束快速成形的优点很多，主要包括能量利用率高、可应用材料广泛、真空环境无污染、成型速度快、成型精度高等。但在现有研究技术中，用电子束熔覆/烧结制备复杂零件的报导很多，但用此法制备金属多孔材料以及空心球结构材料的工艺及理论研究，国内外暂无报导，也没有相关专利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种金属空心球的制备方法，其设计合理，操作便捷，智能化程度较高，制备效率高，金属空心球的成型精度高，球体尺寸易控制，球体表面致密，球壳壁厚均匀，球壳不易破裂，制备过程无污染，通用性强，应用范围广。该方法适用于所有金属及合金粉末制备的金属空心球。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种金属空心球的制备方法，该方法采用的设备包括电子束快速成型机和与电子束快速成型机相接并用于对电子束快速成型机的工作过程进行控制的控制计算机，所述控制计算机中装有作图软件和与电子束快速成型机配套使用的电子束快速成型软件，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、建立金属空心球的三维实体模型：根据所需制备的金属空心球的直径和球壳厚度在控制计算机中用作图软件建立金属空心球的三维实体模型，所述三维实体模型由多个排列设置成两层的金属空心球构成，位于上层的每个金属空心球的顶端和位于下层的每个金属空心球的底端均设置有粉末出口孔；

步骤二、将步骤一中所建立的三维实体模型导入电子束快速成型软件中，通过控制计算机输入电子束扫描参数，所述电子束扫描参数包括束流大小、扫描速度和扫描层数；

步骤三、将金属粉末按一定的铺粉厚度平铺在电子束快速成型机的铺粉台上，控制计算机在电子束快速成型软件环境下，根据步骤二中所导入的三维实体模型和输入的电子束扫描参数控制所述电子束快速成型机对金属粉末进行分层、逐层扫描烧结，完成所述金属空心球的烧结；

步骤四、烧结完成后，将每个金属空心球中多余的金属粉末从粉末出口孔处倒出；

步骤五、将粉末出口孔焊接封闭，得到内部空心、表面致密的金属空心球。

上述的一种金属空心球的制备方法，其特征在于：所述金属空心球的直径不大于10mm，所述金属空心球的球壳厚度为0.1mm～3mm。

上述的一种金属空心球的制备方法，其特征在于：步骤二中所述束流大小为1mA～7mA。

上述的一种金属空心球的制备方法，其特征在于：步骤二中所述扫描速度包括预热扫描速度和成型扫描速度，所述预热扫描速度为40dm/s，所述成型扫描速度为2dm/s～6dm/s。

上述的一种金属空心球的制备方法，其特征在于：步骤三中所述铺粉厚度为0.1mm～0.3mm。

上述的一种金属空心球的制备方法，其特征在于：所述粉末出口孔为圆形孔或方形孔，所述圆形孔的直径不大于3mm，所述方形孔的长边长度不大于3mm。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明设计合理，金属空心球的制备方法步骤简便且实现方便。

2、本发明的通用性强，对所有金属及合金粉末制备的金属空心球均可制备，应用范围广。