[发明专利]一种复杂构型近净成型金属-陶瓷复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种复杂构型近净成型金属-陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将陶瓷粉体、粘结剂、分散剂和去离子水球磨混合成陶瓷浆料，利用直接墨水书写3D打印技术成型为陶瓷零件毛坯，经过干燥、脱脂、烧结后形成陶瓷骨架；

将装有金属块的刚玉坩埚置于浸渗炉内，铁丝、钼丝和陶瓷骨架自上而下紧密连接，整体置于金属块上并密封炉体；与铁丝同高度的浸渗炉外安装有可上下移动的磁铁装置，通过磁力吸住铁丝，并向上移动以保证陶瓷骨架位于金属块正上方且两者不接触；

进行压力浸渗，将浸渗炉抽真空并加热使金属块熔化，向下移动浸渗炉外磁铁装置，驱动炉内铁丝运动以将陶瓷骨架完全浸没在金属液中，通入氩气，熔化的金属在压力作用下渗入陶瓷骨架内部，保温保压后冷却炉体，在达到金属凝固温度之前向上移动磁铁装置使陶瓷骨架脱离金属液面，释放压力并冷却至室温后得到近净成型的金属-陶瓷复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种复杂构型近净成型金属-陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉体为粒度在0.1-30μm范围内的氧化物、碳化物、氮化物和硼化物中的一种或多种；

所述粘结剂为环氧树脂、硅酸钠、聚乙二醇、羟甲基纤维素、海藻酸钠、壳聚糖、聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；

所述分散剂为乙烯丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸铵、聚甲基丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、柠檬酸铵、聚醚和油酸中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种复杂构型近净成型金属-陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷浆料中固相体积分数在30-50vol％之间；

所述粘结剂质量占陶瓷粉体质量的1-5％；

所述分散剂质量占陶瓷粉体质量的1-5％。

4.根据权利要求1所述的一种复杂构型近净成型金属-陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述球磨转速为1000-3000rpm，球料比为(2-5):1，球磨时间为0.5-2h。

5.根据权利要求1所述的一种复杂构型近净成型金属-陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述3D打印技术采用直接墨水书写；打印技术的参数设置为：分层高度150-500μm，打印速度5-20mm/s，喷嘴孔径0.15-1mm，挤出压力0.1-0.6MPa；

内部填充方式包括但不限于直线型、折线型、同心圆型。

6.根据权利要求1所述的一种复杂构型近净成型金属-陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述脱脂与高温烧结工艺参数为：从室温以2-5℃/min升温至500℃并保温1-2h来进行低温脱脂；此后以5℃/min升温至1300-1800℃并保温1-2h来进行高温烧结，以5℃/min的降温速度冷却至室温。

7.根据权利要求1所述的一种复杂构型近净成型金属-陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述浸渗过程需要以下组件：高压气瓶、铁丝、进气阀、钼丝、炉体、陶瓷骨架、金属块、刚玉坩埚、磁铁装置、出气阀、机械泵；

所述铁丝、钼丝和陶瓷骨架于炉内自上而下紧密连接，所述浸渗炉外磁铁与炉内铁丝同高度且二者间存在磁力作用，上下移动磁铁炉内铁丝随之运动进而实现陶瓷骨架在真空和气体压力环境下的运动；

所述出气阀连接机械泵实现浸渗炉内的真空环境；

所述进气阀连接高压气瓶实现浸渗炉内的高压环境，以将熔化的金属在高压作用下渗入到陶瓷骨架内部。

8.根据权利要求1所述的一种复杂构型近净成型金属-陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述压力浸渗工艺为：常温下抽真空至1-10Pa后，以5-10℃/min加热至金属熔点温度以上50-100℃，保温5-10min；将陶瓷骨架浸没在金属液中，通入氩气至0.5-3MPa，保温保压1-10min；以5-10℃/min冷却至高于金属凝固温度30-50℃，将陶瓷骨架脱离金属液面，释放压力，随炉冷却至室温。

9.根据权利要求1所述的一种复杂构型近净成型金属-陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属块为熔点温度不超过1200℃的金属或合金中的一种。