[发明专利]陶瓷/金属复合层的铸造方法

说明书

本发明为一种陶瓷/金属复合层的铸造方法，包括如下步骤：1）对陶瓷预制体进行表面活化处理；2）对陶瓷预制体进行热浸；3）采用失蜡铸造工艺，实现陶瓷预制体与金属的复合。本发明以陶瓷为预制体，在陶瓷与金属之间浸镀有梯度分布的颗粒过渡层，使金属液与陶瓷预制体能更好的结合，为陶瓷金属复层铸造提供了新的方法。通过化学气相沉积的方法，在陶瓷预制体表面制备金属涂层，改善陶瓷预制体与金属液之间的界面不润湿问题，使两者更好的结合。在陶瓷预制体与金属之间添加梯度分布的颗粒过渡层，可以减少由金属与陶瓷的热膨胀系数相差大，热导率相差大而引起的裂纹等铸造缺陷，使金属与陶瓷的结合处结构均匀致密完整。

技术领域

本发明涉及陶瓷金属复层铸造技术领域，具体是一种陶瓷/金属复合层的铸造方法。

背景技术

随着社会的不断发展，工业化进程的不断推进，材料在各行各业中发挥的作用越来越大，越来越需要先进的材料来获得所需的性质，尤其是陶瓷金属复合材料被广泛应用在航空航天、信息发展、国家防护等高新技术方面。陶瓷材料不仅硬度高、抗冲击载荷及抗磨粒磨损能力强，在陶瓷材料表面镀覆合金层后与基体金属结合具有良好的抗界面腐蚀、磨损性能，且与金属基体液的润湿性能很好的提高，若能得到实际应用，必能产生经济价值。陶瓷基金属复合材料由于具有比强度高，比刚度高，膨胀系数低，耐磨性优等优点而成为广大研究者的研究热点。

目前陶瓷金属复合材料的制备方法主要集中在粉末冶金法、喷射沉积法和挤压铸造法等传统的方法，然而这些工艺所制备的陶瓷金属复合材料仍存在一定的缺陷，其主要问题是难以制备出空间结构复杂的预制体、陶瓷金属复合层的结合强度低、结合效果差。因此陶瓷金属复合材料的制作过程还需要进一步的研究与完善，而且目前的金属陶瓷体系也限制了其更为广泛的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种陶瓷/金属复合层的铸造方法。本发明方法是在预先做出合理结构设计的陶瓷预制体表面制备梯度分布的颗粒过渡层，实现陶瓷预制体与金属的良好结合，提高综合性能。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种陶瓷/金属复合层的铸造方法，包括以下步骤：

1）对陶瓷预制体进行表面活化处理：用化学气相沉积技术，在陶瓷预制体表面制备金属涂层；

2）对陶瓷预制体进行热浸：在融化的金属液中加入陶瓷颗粒，通过搅拌电磁炉进行电磁搅拌，使两者呈现梯度分布，再放入陶瓷预制体，在陶瓷预制体表面形成梯度分布的颗粒过渡层；梯度分布的颗粒过渡层是指靠近陶瓷预制体的部分，陶瓷颗粒的含量高、金属的含量低，远离陶瓷预制体的部分（即靠近金属的部分），陶瓷颗粒的含量低、金属的含量高；

3）采用失蜡铸造工艺，实现陶瓷预制体与金属的复合：采用蜂蜡模型，将沉积有颗粒过渡层的陶瓷预制体固定在模型上，再进行金属液浇铸成型，形成陶瓷/金属复合层。

作为优选的技术方案，步骤1）中，陶瓷预制体为SiC、Si₃N₄中的任意一种，金属涂层为Ni、Cu、Cr中的任意一种，金属涂层厚度为10-40μm。

作为优选的技术方案，步骤2）中，金属液为铸铁、铝中的任意一种，陶瓷颗粒为SiC、Si₃N₄中的任意一种。

作为优选的技术方案，步骤2）中，在融化的金属液中加入陶瓷颗粒，加入的陶瓷颗粒的体积占金属液体积的20%-50%，陶瓷颗粒在颗粒过渡层中是梯度分布的。

作为优选的技术方案，步骤2）中，电磁搅拌的搅拌电流550A，搅拌频率6Hz，搅拌时间30min。

作为优选的技术方案，步骤2）中，颗粒过渡层的厚度为5-8 mm。