[发明专利]一种陶瓷增强金属基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属基复合材料制备技术领域，具体涉及一种陶瓷增强金属基复合材料的制备方法。

背景技术

随着复合材料应用范围不断扩展以及增强相含量不断提高的发展趋势，促使了一种新型复合材料的出现，即网络结构增强复合材料，其综合强化效果通常要好于传统连续长纤维、晶须/短纤维和颗粒作为增强相的强化效果，这就为获得高性能、多功能的复合材料提供了新的途径。金属基复合材料中引入网络结构增强相，可扩大增强体的选择范围，使之不再局限于颗粒、晶须和纤维，这对于拓宽金属基复合材料的研究领域及开发新型金属基复合材料都具有极为重要的意义。

金属基复合材料的增强方式有颗粒、晶须及纤维增强等几种形式，陶瓷颗粒增强材料熔点高、硬度高、弹性模量高、线膨胀系数小、高温下组织及性能稳定性好、耐磨性及耐蚀性好，在复合材料中起增加强度、改善性能的作用。而金属具有较高的塑、韧性，因此，陶瓷增强金属基复合材料兼有两者的优点，是有发展前途的一类新材料。但是由于陶瓷与金属的润湿性很差，界面结合强度很低，加工温度高，在高温下易发生不利的界面反应，而且要得到体积分数高的陶瓷增强相复合材料也很困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种陶瓷增强金属基复合材料的制备方法，解决了陶瓷颗粒与金属界面结合强度低及陶瓷增强相体积分数低的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种陶瓷增强金属基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：将锆刚玉粉体、水和添加剂混合制成陶瓷浆料，并加入有机泡沫珠粒与陶瓷浆料混合均匀，浇入模具型腔干燥后制得泡沫陶瓷前驱体；对泡沫陶瓷前驱体进行烧结去除有机泡沫珠粒，并对其表面镀镍；然后放入铸型，浇注液态金属，冷却、凝固，再进行热处理即得陶瓷增强金属基复合材料。

本发明的特点还在于，

具体包括以下步骤：

步骤1：向锆刚玉粉体中加入水和添加剂，充分混合、搅拌均匀制成陶瓷浆料，并加入有机泡沫珠粒与陶瓷浆料混合均匀，浇入模具型腔，室温下干燥24～48h，得到泡沫陶瓷前驱体；

步骤2：对步骤1得到的泡沫陶瓷前驱体进行烧结去除有机泡沫珠粒，排出有机泡沫珠粒之后继续升温至1100℃～1300℃，保温2～3h，得到多孔陶瓷骨架；

步骤3：对步骤2得到的多孔陶瓷骨架表面清洗后进行镀镍，得到镀镍的多孔陶瓷骨架；

步骤4：将步骤3得到的镀镍的多孔陶瓷骨架放入铸型，采用真空吸铸法将液态金属浇入多孔陶瓷中，冷却至室温进行凝固，得到陶瓷增强金属基复合材料。

步骤1中锆刚玉粉体的粒度为25～48μm。

步骤1中锆刚玉粉体:添加剂:水的质量比为1:(0.02～0.15):(3～4)。

步骤1中添加剂为粘结剂、流变剂、消泡剂和表面活性剂的混合物，粘结剂、流变剂、消泡剂和表面活性剂的质量比为1:(0.17～0.5):(0.1～0.3):(0.02～0.18)；粘结剂为氢氧化铝凝胶，流变剂为羧甲基纤维素，消泡剂为聚二甲基硅氧烷，表面活性剂为硬脂酸。

步骤1中有机泡沫珠粒与陶瓷浆料的质量比为1:(0.11～0.42)；有机泡沫珠粒为粒径1-3mm的聚氨酯珠粒。

步骤2中升温在加热至600℃前的升温速率为3～8℃/min，600℃之后的升温速率为10～20℃/min。

步骤3中清洗为先进行水洗、然后酸洗后再进行水洗，在70℃～90℃的温度下烘干30～60min。

步骤4中液态金属为中低碳钢或者中低碳的低合金钢。

步骤4中真空吸铸法的真空度为-30～-50KPa。

本发明的有益效果是：本发明一种陶瓷增强金属基复合材料的制备方法，通过对多孔陶瓷骨架表面镀镍改善陶瓷颗粒与基体间的润湿性以及金属与陶瓷的结合力，并采用真空吸铸法将液态金属浇入多孔陶瓷中，解决了陶瓷颗粒与金属界面结合强度低及陶瓷增强相体积分数低的问题，陶瓷增强相含量可达10～40％，制造速度快，基体材料资源丰富易得，其成本显著降低，且复合材料制备工艺、设备较简单，成本低，有利于工业化生产及其推广应用。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种陶瓷增强金属基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：