[发明专利]一种金属基陶瓷复合材料零件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料制造和机械加工领域，尤其涉及金属基陶瓷材料零件的制造方法。

背景技术

金属基陶瓷（或称为陶瓷基金属）复合材料具有比强度和比刚度高、线膨胀系数小、尺寸稳定性好、耐磨耐热耐腐蚀性高等优点，在仪器仪表、兵器、航空、航天、汽车、摩托车等工业领域有很大的应用潜力。

国外在上世纪60年代便开始了该材料的研究，目前尤其是美国、俄罗斯在国防军事领域中广泛地应用金属基陶瓷复合材料中的铝基碳化硅复合材料,取得了显著的成果。中国则在1985年由哈尔滨工业大学牵头组织,引进日本的相关技术进行了研究。目前我国在材料制备技术上已经比较成熟，但目前只能推广应用在结构形状简单的电子封装上，性能优势远远没有发挥出来，其根本原因是该材料的陶瓷相硬度高，零件切削加工中存在刀具磨损严重、加工成本高并且难以获得高质量的加工表面和进行复杂零件的高精度加工，影响了其应用。

为此材料行业希望通过陶瓷颗粒的细化来降低加工难度，机械加工行业则为此开发特殊专用工具以提高切削效率和表面质量。追求陶瓷颗粒的细化会致使材料制造技术难度加大、成本上升，而且技术还没有成熟；使用特殊专用工具，如聚晶金刚石PCD刀具，目前还无法进行较复杂零件的高精度、超高精度加工，而且不能保证加工表面质量。

因此，提供一种能解决上述问题的方法成为目前该复合材料应用领域亟待解决的关键技术。

发明内容

本发明提供了一种金属基陶瓷复合材料零件的制造方法，通过该方法能够制造出高精度、超高精度尺寸以及高表面质量的复杂零件，通过一次成型的制造金属基陶瓷复合材料零件，较通过陶瓷颗粒的细化或使用特殊专用聚晶金刚石PCD刀具来降低加工难度的方式，该方法其成本低，能够方便有效地获得金属基陶瓷复合材料零件。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种金属基陶瓷复合材料零件的制造方法，包括下述步骤：

1）根据金属基陶瓷复合材料零件背景设计要求，利用传统的金属基陶瓷复合材料的浸渗制备方法进行材料试样制备；

2）对材料试样进行性能检测，如果不满足金属基陶瓷复合材料零件材料性能要求，则重新进行试样制备；如果满足金属基陶瓷复合材料零件材料性能要求，则进行铸造模具制造；

3）根据金属基陶瓷复合材料零件形状和后期加工要求设计、制造铸造模具；

4）将填料加入到铸造模具中，并进行预置、镶嵌，然后进行铸型，制成陶瓷零件蜡坯，脱去铸造模；

5）对陶瓷零件蜡坯采取辅料填埋、脱蜡、高温烧结，制成陶瓷零件预制体；

6）对陶瓷零件预制体进行尺寸检测，如果合格，则进行下一工序；如果不合格，则对铸造模具进行修配、打磨、校正、检测，重复步骤4）-6）；

7）按照金属基陶瓷复合材料零件形状和后期加工要求设计、制造浸渗模，浸渗模分为主件浸渗模具和配件预置体、镶嵌体和工艺芯；

8）把陶瓷零件预制体按照一定间隙和浸渗模进行装配，并植入工艺芯、预置体和镶嵌体，得到装配体；

9）将装配体放入浸渗炉中，按照传统浸渗法进行金属浸渗，完成后脱去浸渗模具，得到金属基陶瓷复合材料零件精铸坯；

10）对金属基陶瓷复合材料零件精铸坯按照传统金属加工工艺进行粗加工、热处理、半精加工、表面处理、精加工和超精加工，即得金属基陶瓷复合材料零件成品。

进一步地，所述步骤4）中填料为陶瓷粉和成型剂石蜡按照试样制备的比例混合而成。

进一步地，所述步骤4）中对铸造模具进行预置、镶嵌，是在预置体、镶嵌体材质的熔点高于陶瓷零件蜡坯的高温烧结温度的条件下，在填料加入到铸造模具后，根据零件设计和加工要求在陶瓷零件蜡坯上相应位置设置预置体、镶嵌镶嵌体。

进一步地，所述步骤7）中浸渗模配件预置体、镶嵌体的制作，是在预置体、镶嵌体材质的熔点低于陶瓷零件蜡坯的高温烧结温度的条件下，把其作为浸渗模的配件进行制作。

进一步地，所述镶嵌体的材质根据零件设计要求确定，镶嵌体的形状大小是根据零件设计和加工要求来确定的。

进一步地，所述预置体与金属基陶瓷复合材料零件中的孔腔结构形状相同，预置体体积小于金属基陶瓷复合材料零件孔腔体积，预置体的材质根据零件设计要求确定。

进一步地，所述的浸渗模配件工艺芯，其材质和形状大小根据零件后期的加工要求确定。