[发明专利]一种三维网络陶瓷骨架增强体金属基复合耐材料及其制备方法

说明书

该复合耐磨材料由三维网络陶瓷骨架预制件和铸渗其中的金属基体构成。首先用3D打印机把陶瓷泥条叠层编织成三维网状骨架预制块，陶瓷泥条是用氧化锆粉和氧化铝粉按要求比例与辅料混合，加水练制而成，或是由碳化硅粉与辅料混合加水练制成。以及其它非金属氧化物及辅料加水炼制而成。把烧结后的陶瓷预制块放置在型腔中的设定位置，铸渗金属液，得到耐磨材料。本发明复合材料由于陶瓷骨架单元几乎是一体，不存在从金属基体中脱落的现象，铸渗容易，陶瓷组分比例高，在金属基体中分布均匀。充分发挥出金属基体的抗冲击韧性作用和陶瓷增强体的耐磨性能，使用寿命得到极大提高。

技术领域

本发明涉及复合耐磨材料领域，特别是三维网络陶瓷增强体金属基复合耐磨材料及制备方法。

背景技术：

宏观陶瓷增强体金属基复合耐磨材料是近来研究的热门课题，但往往由于制作复杂、成本高等原因，工业化生产及应用的很少，大颗粒陶瓷金属基复合材料已有应用，但陶瓷颗粒予制块的制作较复杂、成本很高，制作陶瓷预制体的粘结剂对陶瓷与金属基体的结合有一定影响。如果工艺执行不当，陶瓷颗粒与金属基体结合就会不牢，在使用过程中往往过早脱落，不能很好发挥陶瓷增强体的作用，使用寿命明显降低。本发明把陶瓷增强体制成三维网络状，使陶瓷增强体相连，既有利于陶瓷体在基体中分布的均匀性，又能克服陶瓷增强体的脱落，从而更有效地发挥复合耐磨材料的性能。

发明内容：

本发明基于宏观陶瓷增强体金属基体复合耐磨材料，为使陶瓷增强体能均匀地分布于金属基体中，把陶瓷增强体制做成三维网络状，陶瓷增强体用陶瓷泥条编织，整体相连，分布于金属基体。克服了使用过程中陶瓷增强体脱落问题。并保证了陶瓷增强体均匀分布于金属基体，与金属基体结合牢固，有利于提高陶瓷增强体的容积比，耐磨件使用中陶瓷增强体无脱落，从而增加了整体耐磨材料的使用寿命。在有撞击摩损、磨损严重的严劣环境中更能体现其优越性能。

为了实现上述目的，本发明采取如下措施实现：

一种三维网络陶瓷骨架增强体金属基复合材料，其特征在于：包括三维网络陶瓷骨架和金属基体。金属基体是用铸渗方法使金属熔液和三维陶瓷骨架牢固结合为一体。

上述方案中，所述陶瓷骨架材质为碳化硅陶瓷、三氧化二铝陶瓷或三氧化二铝与二氧化锆混合物的增韧陶瓷及其它陶瓷。所述金属基体的材质为高铬铸铁、高锰钢、耐热钢或合金耐磨钢及有色金属中的一种。

前述陶瓷骨架为三维网络，由陶瓷泥条用3D打印编织用而成，横竖交叉，泥条与耐磨面成一定角度，一般在10°-90°，以30°-90°为佳，陶瓷泥条直径在0.1毫米-10毫米，最优在0.5-6毫米之间，根据耐磨材料的外形要求设计吻合的陶瓷骨架形状，用陶瓷泥条编织成预制块的形状，烘干，在陶瓷桨料中蘸桨，对骨架加固，再烘干、烧结得到三维陶瓷网络骨架预制块。

复合材料的制备：按照耐磨块的需要设计铸型，使陶瓷预制块与铸型吻合，把陶瓷预制块固定于铸型内，将熔化的金属液注入铸型，冷却后，取出得到耐磨复合材料。

本发明的陶瓷金属复合耐磨材料的优点在于：

(1)与现用普通多孔陶瓷增强体相比，三维网络骨架的陶瓷体分布均匀，陶瓷增强体是实心圆柱体，密度大，强度高，韧性好，更加抗冲击，耐磨损。

(2)陶瓷增强体整体连续，与金属基体结合牢固，不脱落，克服了颗粒陶瓷增强单元使用中颗粒脱落的问题，提高了耐磨材料的使用可靠性，延长了复合耐磨材料的使用寿命。

陶瓷增强体的体积比容易控制和调整，由于陶瓷体成圆柱状网络连结，可有效提高陶瓷增强体的体积比例，而不破坏基体的强度，从而进一步提高了整体复合耐磨材料的耐磨性。

附图说明

图1为三维网络陶瓷金属耐磨材料立体轮廓示意图。

图2为A面剖视图(局部)

图3为B面剖视图(局部)