[发明专利]3D打印三维网络结构石墨/金属复合材料及其常压铸渗制备方法

说明书

本发明提供了一种兼具良好的减摩性、减震性、导热性、导电性、强度、韧性和较低的密度及热膨胀性的3D打印三维网络结构石墨/金属复合材料及其常压铸渗制备方法。该复合材料是由在三维空间联通的互联网络结构的石墨和金属构成的、石墨层厚度可控、石墨网络结构可根据需要改变的梯度/非梯度金属基复合材料。其制备方法为：（1）制备鳞片石墨粉与金属粉的混合粉末；（2）采用激光选区烧结法3D打印石墨/金属复合材料网络结构预制体；（3）采用常压铸渗法制备三维网络结构石墨/金属复合材料。本发明可作为自润滑减摩、减振/隔声、高效导热和导电等材料应用于机械、冶金、环保、航空航天、电子等领域。

技术领域

本发明涉及3D打印（增材制造）、金属基复合材料和常压铸造技术领域，尤其涉及一种3D打印三维网络结构石墨/金属复合材料及其常压铸渗制备方法。

背景技术

三维连续网络结构金属基复合材料（Three-dimensional Co-continuousNetwork Metal Matrix Composite,或Interpenetrating Network Metal MatrixComposite，可简称 INMMC材料）是近十几年来国内外材料研究工作者越来越重视的新型复合材料研究领域。这种复合材料具有与传统复合材料完全不同的空间拓扑结构型式，即金属基体相和复合相（或称改性相）在三维空间均连续(连通)，呈交织网络结构。这种两相均在三维空间上相互缠结和盘绕、相互贯穿和渗透的拓扑结构形式，在合成材料领域是一种全新的复合改性结构型式。这种结构形式使该类材料具有更为独特的强度性能、减摩/抗磨性能、减振性能和热学性能等，而且具备性能的各向同性，在机械装备、环境保护、航空航天、电子通讯等行业用作减摩/抗磨材料、高阻尼减振/隔声材料、导热/低膨胀材料、耐高温结构材料、电子封装材料等具有良好的技术可行性，有着极为广阔的发展前景。

利用石墨的高温润滑特性制备石墨改性金属基自润滑减摩/导热/低膨胀复合材料，是复合材料技术领域的新热点。采用常规的石墨颗粒或石墨纤维改性金属复合材料搅拌铸造制备方法制备石墨/金属基复合材料，虽然生产成本低，但是不仅难以控制石墨的分布均匀度，也难以提高石墨加入量（石墨极易在金属液中漂浮而产生成分偏析）。采用石墨与金属的混合粉激光选区熔化法（SLM法）或烧结法（SLS法）制备石墨/金属密实体复合材料，虽然可以改善石墨的分布均匀度，也可以大幅度提高石墨加入量（如图1），但是生产效率低、成本高。

以上几种方法都由于石墨颗粒基本上呈弥散分布，石墨分布型式不可控，石墨相难以联通成为连续网络结构，从而难以获得两相均互联的网络结构复合材料的特性，其减振、减摩、导热、导电等性能的提高有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种效率高、成本低的3D打印三维网络结构石墨/金属复合材料的常压铸渗制备方法，以及利用该方法制备得到的具有良好的减摩/抗磨性、减振/隔声性、强度、硬度、韧性、导电/导热性、耐腐蚀性和较低的密度和热膨胀性的三维网络结构石墨/金属复合材料。

本发明所述3D打印三维网络结构石墨/金属复合材料的常压铸渗制备方法包括以下步骤：

（1）制备鳞片石墨粉与金属粉的混合粉末；

（2）采用激光选区烧结法3D打印石墨/金属复合材料网络结构预制体；

（3）采用常压铸渗法制备三维网络结构石墨/金属复合材料。