[发明专利]一种快速制备小尺寸金属与陶瓷复合材料的方法

说明书

一种快速制备小尺寸金属与陶瓷复合材料的方法，属于材料制备技术领域，具体步骤为：1)根据所需样品尺寸，对金属块进行加工，切割出一个适用于热压缩的金属模具，所述金属模具由一个上表面设有凹槽的底座和封盖组成；2)根据凹槽和封盖尺寸，对陶瓷片进行切割，使其能够与凹槽平整贴合，陶瓷片表面粗糙度Ra为16‑25，孔隙率在5.24％‑6.5％；3)进行拼装，将陶瓷片放入底座的凹槽中，盖好封盖；4)将拼装好的样品连接热电偶后放入Gleeble 3500热模拟试验机中，对其纵向进行真空热压缩；5)待样品冷却后取出。该方法利用机械结合力制备陶瓷‑金属复合材料，无需对陶瓷表面进行镀层或是添加中间层，在热模拟试验机上便可完成制备，具有操作简单、可靠、成本低等优点。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，特别提供一种利用热压缩技术使金属与陶瓷快速结合制备小尺寸复合材料的方法。

背景技术

随着航空航天、电力能源、交通运输等领域的快速发展，对材料的综合性能提出了更高的要求，不仅需要在更苛刻恶劣的环境中服役，还要能够保证优良的加工性能和使用性能。其中，陶瓷材料具有热稳定性好、机械强度高和耐磨性好等优异性能，但其脆性大、强韧性不足、加工困难，而金属材料具有优良的室温强度、延展性等性能，但在高温下(1100℃)部分金属材料的力学性能较差。因此将这两种材料结合起来制备复合材料，既可以发挥出金属材料的塑性和韧性,又可以满足现代工程应用的需要。

界面结合力有三种，分别为机械结合力、物理结合力和化学结合力，根据这三种结合力以及陶瓷与金属之间的物理、化学性能差异，研发出机械连接、粘结连接、钎焊连接、固相扩散连接、瞬时液相连接、熔化焊、自蔓延高温合成技术等使陶瓷与金属紧密结合。但目前的一些连接技术存在使用温度受限、工艺复杂、成本较高、焊接接头组织不稳定、产生脆性相等问题，例如申请号为201910702002.8的发明专利中需要在陶瓷与金属之间添加一层分散的石墨烯，之后在真空或惰性气体中、1200～1400℃的温度、10～30MPa的压力条件下进行热压烧结，得到金属-陶瓷复合材料，在加工石墨烯时还需要将聚氨酯泡沫或混合纤维素滤膜作为载体浸入添加了分散剂的石墨烯中，干燥后再添加到陶瓷与金属之间。该方法不仅工艺复杂，要求严格，而且成本较高。

由于机械连接的金属与陶瓷结合性差、强度较低、残余应力较大而很少使用该方法，然而利用机械结合力连接陶瓷与金属材料具有便捷、高效的特点，因此如何利用机械连接的方法设计一种能够更方便、有效、可靠、低成本地将陶瓷与金属紧密结合起来的方法至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用热压缩技术使金属与陶瓷快速结合制备小尺寸复合材料的方法。该方法利用机械结合力制备陶瓷-金属复合材料，在热模拟试验机上便可完成制备，该方法操作简单、可靠并且成本较低。利用该方法不仅可以加工制备小尺寸样品，还可以通过保温保载的方法简单、快速地使陶瓷与金属结合获得复合材料。该方法普适性较强，适用于大部分金属与陶瓷片的连接，对原始材料加工处理简单，无需对陶瓷表面进行镀层或是添加中间层，工艺简便、成本较低。

本发明技术方案如下：

一种快速制备小尺寸金属与陶瓷复合材料的方法，其特征在于，通过热压缩技术制备小尺寸金属与陶瓷复合材料，包括以下步骤：

1)根据所需样品尺寸，对金属块进行加工，切割出一个适用于热压缩的金属模具，所述金属模具由一个上表面设有凹槽的底座和封盖组成；

2)根据凹槽和封盖尺寸，对陶瓷片进行切割，使其能够与凹槽平整贴合，陶瓷片表面粗糙度Ra为16-25，孔隙率在5.24％-6.5％；

3)进行拼装，将陶瓷片放入底座的凹槽中，盖好封盖；

4)将拼装好的样品连接热电偶后放入Gleeble 3500热模拟试验机中，对其纵向进行真空热压缩；

5)待样品冷却后取出。