[发明专利]一种具有周期性梯度渐变结构复合构件的制备方法

说明书

本发明提供一种具有周期性梯度渐变结构复合构件的制备方法，包括：（1）设计并加工具有夹持功能的石墨芯模，（2）采用双路送粉的等离子喷涂工艺喷涂多层镀层结构、得喷涂预成型构件，（3）热等静压工艺的喷涂预成型构件进行处理、得高致密复合构件，（4）采用机械加工去除石墨芯模（2）、得陶瓷‑金属复合构件；单层镀层结构包括陶瓷层、陶瓷‑金属层以及金属层且陶瓷‑金属层至少为两层、其金属相含量成梯度变化。该方法适用于形状复杂的异形件的难熔金属‑陶瓷复合粉体成型，能获得具有周期性梯度渐变结构的复合构件，喷涂效率高，使得难熔金属‑陶瓷复合构件综合性能优异。

技术领域

本发明涉及材料制造技术领域，尤其涉及一种具有周期性梯度渐变结构复合构件的制备方法。

背景技术

难熔金属与陶瓷组成的复合材料既具有陶瓷材料的高热稳定性、高耐磨耐蚀性能，又兼具难熔金属的高熔点、高强度与高韧性，在武器装备、航空航天等领域得到了广泛的应用。对于形状简单的难熔金属-陶瓷结构零件，通常采用粉末冶金的方法制备，主要包括难熔金属-陶瓷复合粉体均匀化、压制成型、烧结致密化、机械加工等工序，其构件致密度高、力学性能优异；然而，采用上述方法制备异形件（如圆柱性、圆锥形、拉瓦尔喷管等回转体形状）时，压制成型难以实施，此外，均匀混合的难熔金属-陶瓷构件中在应用于异形件时存在大量的金属通道，难以实现结构性能的精确控制，无法满足武器装备、航空航天等领域的要求。

目前，国内外一些研究者探索采用等离子喷涂工艺制备难熔金属-陶瓷复合构件、尤其是异形件，虽然取得了一些初步成效，但仍面临如下三方面的问题：（1）等离子喷涂预成型构件中存在较多孔隙，构件的力学性能差；（2）金属陶瓷间的热膨胀系数差异较大、相容性差，随着涂层厚度的增大，应力积累极易导致涂层开裂，难以获得大厚度的喷涂陶瓷-金属复合构件；（3）对于叠层结构的金属-陶瓷构件，其过渡区域粉体成分不均匀，导致构件成分偏离预设值，同时工序复杂、效率低，造成结构整体无法满足需求。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有周期性梯度渐变结构复合构件的制备方法，以解决上述背景技术中存在的问题，该方法适用于形状复杂的异形件（如圆柱性、圆锥形、拉瓦尔喷管等回转体形状），喷涂效率高，难熔金属-陶瓷复合构件综合性能优异。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种具有周期性梯度渐变结构复合构件的制备方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤一：根据需要制备的构件形状及尺寸，设计并加工出一个两端具有夹持部位的石墨芯模；

步骤二：采用双路送粉的等离子喷涂工艺在步骤一中加工出的石墨芯模表面连续喷涂多层镀层结构，得到喷涂预成型构件；所述镀层结构由石墨芯模向外依次为陶瓷层、陶瓷-金属层以及金属层且所述陶瓷-金属层至少为两层，所述陶瓷-金属层中金属相的含量为10～90wt%且金属相含量由远离金属层到靠近金属层逐渐增加；

步骤三：采用热等静压工艺对步骤二中的喷涂预成型构件进行处理，得到高致密复合构件；

步骤四：根据需要制备的构件形状及尺寸，采用机械加工的方式去除步骤三中高致密复合构件的石墨芯模，从而得到陶瓷-金属复合构件。

采用连续交替的陶瓷相与金属相配合的镀层结构、形成连续梯度，从而有效缓解了金属与陶瓷间热膨胀系数差异造成热应力积累的问题，避免陶瓷层由于热应力累积而出现开裂、裂纹扩展的问题；同时，通过梯度层的设置，利用陶瓷相对热量进行梯度阻隔、抵消，从而保证构件性能优异；通过等离子喷涂工艺与热等静压工艺的结合，实现对多层镀层结构每一层的致密化，避免等离子喷涂工艺预成型构件中出现的孔隙、影响构件整体性能。

作进一步优化，所述石墨芯模采用具有优异的高温强度、化学稳定性及机械加工特性的石墨材料。

作进一步优化，所述喷涂预成型构件的单边厚度为3～10mm。