[发明专利]一种陶瓷颗粒增强金属基体空间点阵复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种陶瓷颗粒增强金属基体空间点阵复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）制作包括多个呈平面点阵排列的球状空腔的金属模具，模具可分为上下两部分，上下两部分之间设有金属网；（2）将陶瓷颗粒和粘结剂混合制成浆料，灌入金属模具中，压实，然后高温烧结，制成单层预制体；（3）将多个单层预制体中间放上金属网层层堆垛排列，加入粘结剂粘结，然后高温烧结，制得立体预制体；（4）将立体预制体放入预先制备的砂型中，浇入金属基体熔体，浸渗制得所述陶瓷颗粒增强金属基体空间点阵复合材料。此制备方法克服了微米级陶瓷颗粒增强钢基复合材料常压渗透困难和强韧性不足的问题。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷颗粒增强金属基体空间点阵复合材料的制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

陶瓷颗粒弥散均匀增强金属基复合材料具有优异的耐磨性，但是塑性与韧性太差，在较高的冲击载荷工况下，复合材料容易脱落与断裂，从而失效。另外，普通的均匀的陶瓷增强金属基复合材料常压浸渗困难，渗透效果差，很难有好的性能。

CN101899585A将碳化物陶瓷颗粒或硬质合金破碎颗粒和金属混合，并在高温下烧结成柱状、条状、块状、蜂窝状预制体，在铸型端面规则排列，然后在陶瓷颗粒的缝隙注入金属液，形成复合材料。虽然能提高复合材料的抗冲击能力。但是，只能用与金属液有浸润能力的碳化物或者硬质合金颗粒，成本依然很高。另外，浇注的过程是把每个预制体放在砂型当中，操作复杂，并且空间性不强，金属液浇注过程中，还容易造成预制体的偏移。CN107056257A在石蜡、塑料等低熔点的材料中用自制的机械手和多孔钻制备出三维网络互穿60^o的孔洞，然后在里面灌入陶瓷浆料，用凝胶法成型之后进行固化、烘干、烧结，得到三维网络互穿60^o互交的陶瓷骨架。虽然陶瓷骨架互穿为60^o为稳定的、坚固的立体结构，但是陶瓷支架成型太复杂，不能工业化生产。CN104874768A是利用3D打印技术，先打印出塑料模型，然后再将配好的陶瓷浆料灌入到塑料模型当中，然后放在加热炉当中烧除塑料，最后用挤压铸造的方法得到三维的空间复合材料。虽然成型速度快，但是烧除塑料的过程中有很大的污染问题，不符合环保的要求。CN101912957A是将SiC陶瓷颗粒做成网络互穿的陶瓷骨架，然后浇注金属得到复合材料。此方法在制备陶瓷骨架的时候，陶瓷骨架的相交处容易造成应力集中，陶瓷骨架容易从骨架的应力集中处断裂。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种陶瓷颗粒增强金属基体空间点阵复合材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）制作包括多个呈平面点阵排列的球状空腔的金属模具，模具可分为上下两部分，上下两部分之间设有金属网；

（2）将陶瓷颗粒和粘结剂混合制成浆料，灌入金属模具中，压实，然后高温烧结，制成单层预制体，单层预制体中陶瓷小球呈平面点阵排列；

（3）将多个单层预制体中间放上金属网层层堆垛排列，加入粘结剂粘结，然后高温烧结，制得立体预制体；

（4）将立体预制体放入预先制备的砂型中，浇入金属基体熔体，浸渗制得所述陶瓷颗粒增强金属基体空间点阵复合材料。

步骤（1）中所述的模具可通过常规的机械加工制得。

优选地，步骤（1）的金属模具中球状空腔的直径为1~10mm，相邻球状空腔的距离为0.5~5mm。

优选地，步骤（2）中的陶瓷颗粒为60～250目的ZTA、氧化铝、氧化锆、碳化钨、碳化硅、碳化钛、氮化钛中的一种或几种任意比例混合物。

优选地，步骤（2）和步骤（3）中的粘结剂为硅溶胶、水玻璃或偏磷酸铝。

优选地，步骤（2）中粘结剂的加入量为陶瓷颗粒质量的3～10%；步骤（3）中粘结剂的加入量为陶瓷小球质量的3～10%。