[发明专利]一种金属基陶瓷复合材料及其制造方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及防护材料技术领域，更具体的涉及一种采用铸造浸渗方法制备的金属基陶瓷颗粒复合材料，该材料可用于保险箱柜、自动取款机、金库大门等重要安全防护领域使用。

背景技术

随着国家经济的发展、人民生活水平的提高和社会公共安全的需要，公司、银行等促使保险柜行业得到了迅速发展。近年来保险柜行业保持着强劲的发展势头，中国已经成为了世界保险柜行业的制造中心。随着市场需求的多元化、国际化应用需求，促使保险柜行业竞争越来越激烈，同时自动取款机、金库大门等领域的防护需求也极为迫切，急需抗爆轰、抗冲击、抗压、隔热、防水、防火焰切割、防辐射等高性能的多功能防护材料。采用新一代综合性能优良的防护材料替代常规钢材，将大幅度提高保险柜、自动取款机、金库大门等行业的国际竞争力。

陶瓷以其优异的防护性能、较轻的质量和相对便宜的价格成为新型防护材料，与其它材料相比表现出更加优良的综合性能。但由于陶瓷材料脆性差，当受到爆轰波冲击以及弹丸撞击后容易在撞击区出现破碎、垮塌、裂纹扩展等一系列破坏。同时陶瓷不具有焊接性能，只能采用粘接方式进行连接，因此在某种程度上限制了陶瓷材料的推广应用。本专利采用金属作为基体将陶瓷颗粒包覆其中，实现了陶瓷的紧密约束，提高了陶瓷的综合防护性能。

目前本专利申请中的金属基陶瓷复合材料在国内外未见报道，与金属基陶瓷复合材料相关的防护材料在国内外有所介绍。国内南京航空航天大学采用粉末冶金的方法制备刚玉球/铝合金复合材料，此外国内外均有采用非金属材料粘结、机械连接以及封装等方法制备陶瓷球复合材料的相关报道，专利号为US 3431818所公开的材料为球状陶瓷或板状陶瓷通过有机物粘接组成层状结构的防护材料，专利号为US 7694621B1所公开的材料为球状陶瓷或块状陶瓷或柱状陶瓷通过铆接或螺栓等机械连接方式组成层状结构的防护材料，专利号为US 5361678所公开的材料为表面通过粘接剂和微米级的陶瓷颗粒形成过渡包覆层的直径约为25.4mm的一层大尺寸球状陶瓷在带有孔洞的石墨模具和盖板封装后采用模压技术制成的防护材料。采用粉末冶金等方法制备金属基陶瓷复合材料工艺较为复杂，金属强度低，生产成本较高，不利于进行规模化推广应用；而采用粘结、机械连接以及封装等方法制备金属基陶瓷复合材料，在此类结构中金属对陶瓷的约束不够，从而导致材料整体性能较低。所以需要进一步改进和设计。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种便于制造、工艺结构合理的金属基陶瓷复合材料。

本发明所要解决的另外一个技术问题是提供一种便于制造、工艺合理的金属基陶瓷复合材料的制造方法。

本发明所要解决的再一个技术问题是提供一种上述金属基陶瓷复合材料的应用。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种金属基陶瓷复合材料，其特征在于：基体金属通过挤压铸造方法使部分基体金属渗透到陶瓷颗粒之间从而形成整体金属基陶瓷复合材料。

优选，所述的基体金属为钢铁、铝合金、钛合金、锌合金、铜合金或镁合金。

作为优选，所述的陶瓷颗粒为Al₂O₃陶瓷颗粒、ZrO₂陶瓷颗粒、B₄C陶瓷颗粒、SiC陶瓷颗粒、Si₃N₄陶瓷颗粒、TiB₂陶瓷颗粒或Al₂O₃+ZrO₂陶瓷颗粒的一种或者一种以上，陶瓷颗粒转换成等体积的球形颗粒直径在1mm-15mm之间。

作为优选，所述的陶瓷颗粒采用球体或椭球体。最优选是采用球体，球形度至少在0.7以上。

作为优选，所述的陶瓷颗粒为多层排列结构，其体积百分数可在10%~80%的范围内进行调整。

作为改进，所述的陶瓷颗粒之间为同种陶瓷颗粒或异种陶瓷颗粒，并且可采用不同颗粒直径规格的陶瓷颗粒进行随机分布或梯度分布或者某一分布函数进行分布。

作为改进，可根据使用要求采用金属或非金属丝网对所述陶瓷颗粒进行有序分层排列。

作为改进，所述丝网的孔径小于陶瓷颗粒转换成等体积的球形颗粒直径，各层丝网间距可根据金属基陶瓷复合材料的整体厚度以及实际情况需要进行调整。

所述的基体金属表层厚度及陶瓷颗粒混合层厚度可根据金属基陶瓷复合材料的整体厚度以及实际情况需要进行调整。

最后，所述金属基陶瓷复合材料整体厚度可根据具体使用需要确定，一般优选要大于所使用陶瓷颗粒直径尺寸的三倍以上。