[发明专利]三维网络互穿60°互交陶瓷骨架‑金属基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷增强金属基复合材料及制备方法，特别涉及一种三维网络互穿60°互交陶瓷骨架-金属基复合材料及制备方法。

陶瓷增强金属基复合材料的陶瓷单元主要有陶瓷颗粒、陶瓷纤维、多孔或网络陶瓷预制体等，陶瓷颗粒和陶瓷纤维在金属基体中分布的均匀性控制使其制备工艺复杂，制造成本显著增加，特别是在使用中陶瓷颗粒会过早脱落，影响了使用寿命。对于普通的多孔陶瓷或网络结构陶瓷增强体金属基复合材料，多采用多孔发泡塑料前躯体浸渍陶浆工艺，制作工艺复杂，陶瓷体中存在孔洞。强度低，抗冲击性差，力学性能不高，从而导致制备的复合材料使用寿命相对较短。

发明内容

本发明提供了一种三维网络互穿60°互交陶瓷骨架-金属基复合材料及制备方法，该复合材料克服了陶瓷颗粒增强体-金属基复合材料中陶瓷单元分布不均匀性，制备工艺复杂及使用中的陶瓷颗粒易脱落等问题。也不存在泡沫多孔陶瓷单元中的孔洞问题，陶瓷骨架为实心圆柱体互穿60°交叉。这种立体结构最稳定，力学性能最好，有力于冲击能的分散、吸收，抗冲击性最好。骨架为一体相连，不存在脱落问题，最大限度地发挥了陶瓷增强单元的抗磨作用，复合材料使用可靠，寿命大大延长。

本发明的技术方案是：

先制备三维网络互穿60°互交的陶瓷骨架：

(1)在石蜡、塑料等低熔点的材料中制作出三维网络互穿60°互交的孔洞。

(2)在孔洞中注入陶瓷泥浆，用凝胶法成型之后进行固化，烘干，烧结。得到三维网络互穿60°互交的陶瓷骨架。陶瓷骨架材质是高铝陶瓷，ZrO₂增强Al₂O₃陶瓷，碳化硅陶瓷或其它陶瓷。

在上述方案中，网络陶瓷圆柱体的直径在0.1-10毫米之间，根据复合材料使用场合不同进行调整。

陶瓷骨架的外形根据复合材料的需要设计，若复合材料体积较大时，可适情况对其进行分割成小块，再按照小块的形状设计陶瓷骨架，最后在铸型中拼接成复合材料的总体形状。

把陶瓷骨架固定于铸型中，铸型可以是砂型，也可用金属型。铸型形状根据复合材料形状设计，陶瓷骨架形状与铸型形状相吻合。

对陶瓷骨架进行预热，预热温度在400℃-1000℃根据铸渗金属材质不同进行调整。

在铸型中对陶瓷骨架进行铸渗金属液，金属液是高铬铸铁、高锰钢，合金耐磨钢，耐热钢的一种或某种有色合金。

附图说明

图1是陶瓷骨架示意图

具体实施

以下是实施案例，对本发明作进一步详细描述。

ZrO₂增韧Al₂O₃三维网络互穿60°互交陶瓷骨架-高铬铸铁复合材料的制备。

陶瓷骨架的制备

在石蜡中，用自制机械手和多孔钻，做出圆孔直径4毫米，间距10毫米的三维网络互穿60°互交的多孔块。

把做好的带孔的块中注入ZrO₂含量40％，Al₂O₃占60％及辅料的陶瓷泥浆，泥浆形成凝胶固化后，对其进行慢慢加热使石蜡融化，烘干得到陶瓷骨架坯料。

对陶瓷骨架继续进行烘干，脂脱，烧结，得到陶瓷骨架备用。

把陶瓷骨架固定于砂型中，进行600℃-1000℃的预热。

把高于熔点200℃-300℃的高铬铸铁合金液在真空负压下，铸渗到砂型骨架中，冷却后得到复合耐磨材料。

尽管上述案例对本发明的技术方案进行了描述，但本发明不局限于上述具体案例，上述的具体实施例仅仅是示意性的，指导性的，而不是局限性的，凡是在本发明的宗旨上所做的任何改进均落入本发明的保护范围。