[发明专利]陶瓷空心球/金属基复合泡沫材料的重力铸造方法及设备

说明书

本发明在现有金属重力铸造设备和工艺基础上提供一种陶瓷空心球/金属基复合泡沫材料的重力铸造方法及设备，造型过程中向铸型中填充陶瓷空心球和过滤网，将铸型预热后采用传统、低成本、工艺流程简单的重力铸造方法，在浇注过程实现金属液从空心球之间的空隙里充分渗流和充型，得到低密度的陶瓷空心球/金属基复合泡沫材料；针对较大尺寸的复杂薄壁铸件，在浇注过程中，在铸型外采用热源对渗流和充型过程中的金属液进行加热，确保金属液在较远流动距离下渗流充分。该方法制得的陶瓷空心球/金属基复合泡沫材料具有密度低、吸能、隔音、减震、电磁屏蔽功能，其内部的陶瓷空心球分布均匀，泡沫金属材料品质高。

技术领域

本发明属于泡沫金属制造领域，具体涉及一种陶瓷空心球/金属基复合泡沫材料及其重力铸造方法、重力铸造设备。

背景技术

泡沫金属材料具有密度小、吸能减震和隔音吸音等优良特性，一直是国内外新型材料研制和应用的热点方向。将陶瓷空心球植入金属基体中可制造出陶瓷球/金属基复合材料，属于泡沫金属制备的新方向。与传统的泡沫金属相比，陶瓷球/金属基复合材料相对密度较高，力学性能提高，可以应用于制造航母飞行甲板、轻质速装大桥、军车抗地雷底板、防弹复合装甲、重型装备空降缓冲台、轻质导弹发射井盖、列车防撞结构、铁路公路隔声屏障、公路隔振垫、安全校车等设备。

目前通过铸造工艺制备陶瓷空心球/金属基泡沫金属材料的第一种方式是在浇注过程中通过负压促进金属液向预制体的渗流过程，例如：

(1)公开号为CN109513906A的发明专利提出一种空心球金属复合泡沫材料生产方法，包括以下步骤：准备模具，所述模具设有型腔，所述型腔的形状根据需要制备的结构件形状设置；将空心陶瓷球预热，填装到所述型腔中，所述空心陶瓷球之间紧密排列；将金属原材料加热熔化，将金属熔体升温至浇铸温度备用；将所述金属熔体浇注到所述型腔中，所述型腔与负压罐连接抽负压，所述金属熔体在负压环境下浸渗填充到所述空心陶瓷球的间隙中；所述金属熔体自然冷却，脱模得到空心球金属复合泡沫材料结构件。该方法需要增加负压装置和配套的且密闭性良好的模具，制造成本高，流程复杂，而且不适合真空条件浇注的金属。

(2)公告号为CN104588617B的发明专利提出一步制备金属基轻质复合材料的方法，该专利采用将空心球倒入铸型中预热，陶瓷球占铸型体积2/3的数量，金属液从铸型上部倒入，下部抽气的方法。该方法与公开号为CN109513906A的发明专利提出的一种空心球金属复合泡沫材料生产方法存在的问题相近，而且抽真空时间长，浸渗速度慢，生产效率低，制备的复合材料空心球体积分数低，材料密度大，不适合工程化推广应用。

(3)公开号为CN106435242A的发明专利提出一种金属基陶瓷复合材料及其制备方法，采用真空渗流法制备金属基陶瓷复合材料，这种方法制备的金属基空心陶瓷球复合材料，空心陶瓷球分布松散，所占的体积仅是复合材料的45％～55％，复合材料整体轻量化水平较差，需依靠空心球堆积铸模内的真空保证金属液的渗流，且渗流过程中需保持空心球堆积方式不变，操作难度较大。

(4)公告号为CN103614586B的发明专利提出一种Al₂O₃空心球/铝多孔复合材料的制备方法，采用20～40Mpa压力渗流法制备铝基氧化铝空心球复合泡沫，该方法存在的问题与公开号为CN109513906A的发明专利提出的一种空心球金属复合泡沫材料生产方法存在的问题相似，除此以外，该方法中空心球需要制成预制块，流程复杂，且高压下容易导致空心陶瓷球破裂。

目前通过铸造工艺制备陶瓷空心球/金属基泡沫金属材料的第二种方式是在浇注过程中通过搅拌的方法促进金属液向预制体的渗流过程，例如：