[发明专利]一种复合陶瓷材料、制备方法及其应用

说明书

本发明是一种复合陶瓷材料、制备方法及其应用，本发明技术方案采用钢材制备模具和包套，采用氧化钙、氧化铝、氧化硅复合陶瓷材料制备模芯，将模具和模芯装配到包套中，将待成型的钛合金粉末灌装入包套中，然后将包套抽真空除气并封焊，经热等静压使金属粉末致密化后，通过机加工方式去除金属包套和模具，然后通过化学腐蚀方法去除陶瓷模芯，从而获得近净成型的粉末钛合金构件。

技术领域

本发明是一种复合陶瓷材料、制备方法及其应用，属于粉末冶金领域。

背景技术

金属粉末热等静压技术兼具铸造和锻造的优势，一方面可实现复杂构件的近净成形；另一方面，合金高度致密，无成分偏析，组织均匀细小，从而可获得优异的性能。为了获得接近最终形状和尺寸的构件，需要对模具和包套进行特殊设计，其中模具的制备和去除是关键，特别对于具有复杂内腔结构的构件，无法通过机械加工的方式去除模芯材料。常规工艺采用碳钢作为模具及模芯材料，成形后通过酸溶液化铣去除，并的到所需要的构件，该方法主要存在以下问题：首先，模具化铣去除速度较低，耗费时间长；其次，碳钢模具与金属粉末发生界面化学反应，形成一定程度的反应层，影响构件表面质量。

模型或型芯作为熔模精密铸造及粉末热等静压近净成形技术领域制备复杂空心内腔结构的模具重要组成部分，对复杂结构的成形起到至关重要的作用。在现有型芯或模芯材料中，石英玻璃很容易与碱金属盐起反应生成可溶性硅酸盐，所以氧化硅基陶瓷型芯的脱芯比较容易，可采用NaOH或KOH的熔(溶)液进行；氧化铝基陶瓷型芯的基体材料为电熔刚玉，强度高，耐高温性能好，但很难溶(熔)于酸或碱中，因此铝基型芯的脱芯非常困难，但脱出性较差，影响了型芯的广泛使用。氧化钙陶瓷吸水后会生成粉末状的氢氧化钙，从而能够使模芯迅速溃散，可达到快速脱出的目的，但氧化钙本身强度较低，无法满足高压成形承压要求。

发明内容

本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种复合陶瓷材料、制备方法及其应用，其目的是能够通过化学腐蚀的方法，快速去除陶瓷模芯，该技术方案不仅避免了构件与模芯之间界面化学反应，而且陶瓷材料的化学腐蚀速度快，去除周期短，因此该方法具有较大的应用价值。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明技术方案提出了一种复合陶瓷材料，其特征在于：该种材料的原料及重量百分比为：氧化钙粉10％～40％，氧化铝粉20～70％，氧化硅粉5～40％。

所述氧化钙粉、氧化铝粉、氧化硅粉的质量分数不小于99％，氧化钙粉、氧化铝粉、氧化硅粉的粒度不大于500目。

氧化钙粉 10％～20％，氧化铝粉 60～80％，氧化硅粉 5～20％。

氧化钙粉 20％～30％，氧化铝粉 50～60％，氧化硅粉 15～20％。

氧化钙粉 30％～40％，氧化铝粉 50～70％，氧化硅粉 5～10％。

该种复合陶瓷材料将氧化钙、氧化铝及氧化硅三种金属氧化物材料制备成复合陶瓷，充分发挥了各组分的特点和优势，通过引入氧化铝组分，达提高了模芯强度，满足钛合金粉末热等静压高压致密化过程对模芯高强度的需求，通过引入氧化钙和氧化硅组分，模芯在碱熔液中能够快速脱除。

本发明技术方案还提出制备该种复合陶瓷材料的方法，其特征在于：该方法是将氧化钙粉、氧化铝粉、氧化硅粉按比例称取混合后，加入氧化钙粉、氧化铝粉、氧化硅总重量10～15％的增塑剂，在搅拌机中搅拌均匀后完成制浆，制浆完成后进行压铸模芯、烧结，焙烧温度为1400～1600℃，时间5～10h，得到成型的复合陶瓷材料；

搅拌机的加热温度为110℃，搅拌机的搅拌速度为100r/min；

所述增塑剂的原料及重量百分比为：蜂蜡5～20％，聚乙烯1～10％，余量为石蜡。