[发明专利]一种金属与陶瓷复合材料

说明书

本发明公开了一种金属与陶瓷复合材料，包括陶瓷骨架和金属基体，金属基体的内部设有陶瓷骨架，且陶瓷骨架为由数个空心陶瓷球以及用于连接相邻的两个空心陶瓷球的数个陶瓷棒组成的立体网状结构。本发明设计合理，结合3D打印可精确控制骨架的形状和大小，顺应产品的扩大化生产，成型效果好精度高，可以完全按预设结构生成，且可重复性和生产效率高；陶瓷骨架呈规律有序分布在基体中，最大限度降低了可能会出现的陶瓷颗粒粘接导致的应力集中带来的失效破坏；与基体形成互锁结构，阻碍裂纹的萌生，充分发挥陶瓷与基体的优异性能。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种金属与陶瓷复合材料。

背景技术

金属与陶瓷是工业与民用领域广泛应用的材料。金属中的钢铁因其分布广泛、易于开采、价格低廉、可加工性好而得到普遍应用，但是存在比重大、产品构件笨重的缺点。陶瓷产品具有原材料成本低、耐磨、耐腐蚀的优点，缺点是一旦成型后易碎、再加工困难。而金属陶瓷复合材料是由一种或多种陶瓷相与金属或合金组成的多相复合材料，其目的在于把陶瓷的高硬度、耐高温、良好的耐磨性与金属基体的韧性和可塑性相结合，有效发挥两者的优势。

中国发明专利CN101899585A将预制体制成特定形状，如：柱状、条状、块状、蜂窝状，然后将预制体规则排列在铸型端面，最后浇注液态金属制备复合材料。该发明的制备方法过程复杂，预制体在铸型中的分布不能够精确控制，复合材料的空间结构重复性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属与陶瓷复合材料，以解决上述背景技术中所提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种金属与陶瓷复合材料，其结构要点在于：包括陶瓷骨架和金属基体，所述的金属基体的内部设有陶瓷骨架，且陶瓷骨架为由数个空心陶瓷球以及用于连接相邻的两个空心陶瓷球的数个陶瓷棒组成的立体网状结构。

作为优选的，陶瓷骨架由陶瓷料制成，其中陶瓷料包括陶瓷粉和粘结剂，且陶瓷粉包括氧化物陶瓷颗粒、碳化物陶瓷颗粒或氮化物陶瓷颗粒中的一种或几种混合，其平均粒径范围为0.1-3mm。

作为优选的，氧化物陶瓷颗粒为白刚玉颗粒、棕刚玉颗粒或ZrO2-Al2O3颗粒中的一种或几种。

作为优选的，碳化物陶瓷颗粒为：WC颗粒、SiC颗粒、TiC颗粒、VC颗粒、B4C颗粒、Mo2C颗粒、ZrC颗粒、Cr3C2颗粒或Cr7C3颗粒中的一种或几种。

作为优选的，氮化物陶瓷颗粒为：Si3N4颗粒、BN颗粒、AlN颗粒或TiN颗粒中的一种或几种。

作为优选的，粘结剂为水玻璃、PVA、桐油、环氧树脂+乙二胺中的一种或几种按任意比例混合。

作为优选的，金属基体由基体金属液制成，且基体金属液为基体金属液为ZGMn13、ZG65Mn、3Cr13钢中的一种。

作为优选的，空心陶瓷球的外径为5-10mm，内径为3-8mm。

作为优选的，陶瓷棒为圆柱或棱柱，其中陶瓷棒为中空结构，且陶瓷棒的外径为1-5mm，陶瓷棒的内径为0.5-3mm。

作为优选的，复合材料的制备方法包括如下步骤：

S1：结合CAD辅助设计出陶瓷骨架的三维模型，采用3D打印切片软件对模型切片处理，根据三维模型制备出用于制作空心陶瓷球的半球形模具和用于制作陶瓷棒的柱形模具；

S2：将陶瓷粉均匀分散于粘结剂溶液中，其中粘结剂为陶瓷颗粒质量的15-45wt％，得到陶瓷料；

S3：将步骤S2中的陶瓷料放入步骤S1中的半球形模具中，干燥脱模后在100-1200℃条件下焙烧1-3小时，随炉冷却，得到陶瓷半球体；