[发明专利]一种陶瓷金属复合材料制备方法

说明书

本发明涉及一种陶瓷金属复合材料的制备方法，首先在泡沫塑料模上开出所需预制体型腔，然后将陶瓷颗粒与陶瓷微粉混合均匀，加入粘结剂搅拌均匀填入泡沫塑料模上的预制体型腔，随后对预制体进行硬化处理并在预制体周围的泡沫塑料模中镶嵌金属支架，然后在泡沫塑料模表面涂刷涂料；在砂箱内放置底砂，放入嵌有预制体的泡沫塑料模，边振动边填充型砂，用塑料薄膜覆盖砂箱口，开启真空泵，待砂箱内达到真空条件时浇铸金属液，浇铸过程中，泡沫塑料模气化，金属液随即填满型腔，并在负压作用下进入陶瓷颗粒空隙中，铸件温度低于200℃时关闭真空泵解除负压，落砂，得到复合材料。本发明预制体形状、尺寸可以根据需要进行设计，且无需加工预制体模具。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种陶瓷金属复合材料制备方法。

背景技术

随着工业化进程的不断推进，在水泥、矿山、冶金等各种行业中，单一耐磨材料越来越难以满足恶劣的工况条件，陶瓷金属基复合材料兼具陶瓷颗粒高模量、高比强度、高耐磨性和高热稳定性的特点，以及金属材料良好的韧性、抗冲击能力，生产工艺简单、成本低廉而成为制备耐磨件的理想材料。

目前最经济有效的陶瓷金属基复合材料制备方式是通过无压铸渗制备复合材料耐磨件，然而此工艺所制备的金属基陶瓷复合材料仍存在一定的缺陷，其主要问题是陶瓷颗粒预制体制备工艺复杂、难以制备出空间结构复杂的预制体、颗粒结合强度低、颗粒与基体结合效果差。

中国发明专利CN103667851A公开了一种等离子烧结陶瓷颗粒增强钢铁基复合材料制备方法。其步骤是首先将颗粒与基体粉末球磨混合均匀，然后将混合之后的混料放入等离子石墨坩埚中进行烧结得到复合材料，该方法工艺复杂，难以制备形状复杂、尺寸厚大的复合材料零部件，其工业应用具有很大局限性。

发明内容

本发明提供了一种工艺简单的陶瓷金属复合材料制备方法。

基础方案：一种陶瓷金属复合材料制备方法，具体步骤如下：步骤(1)，在泡沫塑料模上开出所需预制体型腔，然后将粒度10-150目陶瓷颗粒与粒度1000-1500目陶瓷粉混合均匀，加入粘结剂搅拌均匀填入泡沫塑料模上的预制体型腔中；步骤(2)，随后对预制体进行硬化处理并在预制体周围的泡沫塑料模中镶嵌多个金属支架，然后在泡沫塑料模表面涂刷涂料；步骤(3)，在砂箱内放置底砂，放入嵌有预制体的泡沫塑料模，边振动边填充型砂，用塑料薄膜覆盖砂箱口，开启抽气泵，待砂箱压强达到0.05Mpa以下时向砂箱内浇铸金属液；步骤(4)，铸件温度降低至200-250℃关闭抽气泵解除负压，落砂，得到陶瓷金属复合材料。

本发明通过在泡沫塑料模上开设预制体的型腔，该型腔用于容纳陶瓷颗粒与陶瓷粉的混合材料，中间利用负压的状态，使得陶瓷颗粒与陶瓷粉的混合材料更加紧实，同时与泡沫塑料模之间的融合或者说接合更加紧密，而泡沫塑料模本身则又可以在后面遇到金属液时瞬间气化，金属液就占据了泡沫塑料模的空间，与陶瓷颗粒、陶瓷粉的混合材料完美融合形成陶瓷金属复合材料，金属支架的设置能够充当筋骨、支撑的作用，避免泡沫塑料模负压状态下塌陷或者被挤压而塌陷。尤为注意的是，本发明中特定粒度的陶瓷颗粒、陶瓷粉的选取，不仅利于两者相互嵌合形成紧密结构，而且在负压状态下陶瓷粉具备一定的流动性及对泡沫塑料模的切割性能，能够积压泡沫塑料模的表面并与之形成稳定嵌合结构，从而在金属液浇入后与金属液之间相互结合。

本发明的有益效果是：

(1)在泡沫塑料模上泡沫塑料模开出预制体型腔，无需单独加工预制体模具，简化了生产工艺。

(2)在负压作用下，金属液可以充分浸渗预制体，所得复合材料组织致密无缺陷。

(3)制备形状复杂零部件无需设置分型面，解决了复杂预制体固定困难的问题。

(4)发气小，所得复合材料可以有效避免气孔等缺陷。

(5)干砂造型，铸造砂可以循环利用，节能环保。