[发明专利]一种用于制备金属基复合材料坯料的连续铸造方法

说明书

本发明涉及金属基复合材料的制备领域，公开了一种用于制备金属基复合材料坯料的连续铸造方法，方法包括以下步骤，提供容器，容器包括内腔，以及分别与内腔连通的第一开口、第二开口；使金属基复合材料浆液淹没第一开口，且金属基复合材料浆液的液面上方具有与第二开口连通的空腔；通过第二开口向空腔内注入惰性压力气体，以将金属基复合材料浆液从第一开口中挤出；对挤出的金属基复合材料浆液进行冷却以获得金属基复合材料坯料。本发明将压力气体作为推动浆液挤出的动力源，压力通过液面均匀的施加在全部浆液上，相比于现有技术可以有效的减少断离现象，适用于复合材料的连续铸造，有助于提升复合材料的生产效率。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料的制备领域，尤其是涉及一种对金属基复合材料浆液进行连续铸造的铸造方法。

背景技术

金属基复合材料以铝、镁、铁等金属或合金作为基体，通过添加颗粒、晶须、纤维等增强相，来达到设计材料组织成分、改善材料性能的目的，常见的增强相以陶瓷相颗粒为主，例如SiC、Al2O3等。金属基复合材料的制备方法有粉末冶金法、压力/无压力浸渗法、原位化学反应合成法和液态搅拌法等，相对于应用广泛、工艺成熟的粉末冶金工艺，和其他受材料成分性质所限应用困难的方法，液态搅拌法因其工艺流程短、成本低廉，通用性强而逐渐得到深入的研究和应用。但为了保证材料每个批次的成分组织都均匀一致、增强相颗粒随机分布不团聚，金属基复合材料不论采用哪种方法制备，都面对着受坯料、容器尺寸制约，单一批次制备量难以扩大的问题。目前即使是商业化程度极高的公司，单一批次的复合材料坯料也难以超过100kg级别，与普通金属材料、合金每批次均可制备上吨的工艺无法相比。

连续铸造方法是一种先进的金属铸造方法，该方法将熔融的金属液不断注入结晶器中，金属液在结晶器内冷却凝固，并依照结晶器铸口的形状设计从另一端拉出，避免了一般铸造过程中的成分偏析等组织不均匀的问题，同时能够得到适合后续加工的长板、长棒坯料。该方法效率高，耗能低，出产率高，方便产品的后续近终成型。目前针对常见的金属材料均有成熟的连续铸造工艺方案，能够实现大批量高效的制备。

然而，简单的将连续铸造方法应用于复合材料的制备却是非常困难的，其原因之一是复合材料混合浆料粘度大，拉出时易发生断离现象。具体是因为在连续铸造过程中，材料熔体经过多个模块——比如从熔融坩埚内转移到结晶器内，再经过冷凝模块、拉拔系统、准直系统等最终得到坯料。但复合材料中含有大量的固相颗粒(体积分数1％～40％)，使得浆料粘度增大，进而导致浆料通过各个模块的过程中面临阻力大、受力不匀等问题，且外部的拉动设备仅作用于已凝固的部分，应力较为集中，以上原因导致断离现象极易发生，而且增强相颗粒比例越高、增强相尺寸越小，浆料的粘度就越大，越难以稳定实现连续铸造。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于制备金属基复合材料坯料的连续铸造方法，以解决现有的连续铸造方法无法应用于复合材料制备的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于制备金属基复合材料坯料的连续铸造方法，包括以下步骤，

S10提供容器，容器包括内腔，以及分别与内腔连通的第一开口、第二开口；

S20使金属基复合材料浆液淹没第一开口，且金属基复合材料浆液的液面上方具有与第二开口连通的空腔；

S30通过第二开口向空腔内注入惰性压力气体，以将金属基复合材料浆液从第一开口中挤出，并调整注入空腔内的惰性气体的气体量，使得自距离开始挤出之后的t时刻，空腔内的压强P_t满足P_t＝P₀+gρVtS₁/S₂，其中，P₀为固液凝固界面前沿所受压强，ρ为浆液密度，V为浆液的挤出速度，S₂为浆液的横截面积，S₁为第一开口的横截面积，以使金属基复合材料浆液的固液凝固界面前沿所受压强恒定在设定范围内；