CN103894414B - 一种双连续相复合板材连续铸轧成形方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双连续相复合板材连续铸压成形方法及装置，所述方法包括以下步骤：喂料步骤：向金属溶液中喂入已经预制成形的多孔陶瓷板材；浸渗步骤：金属溶液在压力的作用下以渗流的方式进入多孔陶瓷内部形成双连续相复合材料；成形步骤：对浸渗步骤成型的复合材料表面进行轧制，并通过冷却在复合材料表面形成一金属板层。本发明所提供的方法可以实现双连续相复合材料的一次连续成形，并且改善了金属相力学特性，提高材料的耐磨性、耐热性和耐腐蚀性。

Description

一种双连续相复合板材连续铸轧成形方法及装置

技术领域

本发明涉及一种复合材料连续成形技术。

背景技术

随着现代科学技术的发展，人们对材料的性能的要求越来越高。两种或两种以上的材料经过复合工艺而制备成的复合材料，因为可以在各种材料性能上取长补短，综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，成为未来材料方向发展的必然趋势。金属基陶瓷复合材料就是一种既具有陶瓷的高强度、耐高温、抗氧化特性，又具有金属的塑性和抗冲击性能的高性能复合材料，在航空航天材料、耐高温结构材料、防护材料上有着广泛的应用。

金属基双连续相复合材料是指多孔陶瓷增强体在三维空间内连通，金属基体在三维空间内也呈连通，增强体和基体相互缠绕的复合材料。金属基体在三维方向伤感相互连通，使得复合材料在受到外力时可以利用内部连通的金属基体高韧性和承载能力，提高材料的使用寿命。另外三维方向相互连通的陶瓷相因为具有较高的硬度和抗塑性变形的能力，可以作为复合材料中的增强相，并且提高材料的高耐磨性、耐热性和耐腐蚀性。

但是现在双连续相复合材料的制备大部分采用的是模具铸压成形，成本较高，成形时间较长，并且还存在金属溶液浸渗不彻底的可能。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种金属溶液浸渗彻底，从而形成复合板材性能好的双连续相复合板材连续铸压成形方法及装置。

本发明所采用的技术方案具体是这样实现的：

一种双连续相复合板材连续铸压成形方法，包括以下步骤：喂料步骤：向金属溶液中喂入已经预制成形的多孔陶瓷板材；

浸渗步骤：金属溶液在压力的作用下以渗流的方式进入多孔陶瓷内部形成双连续相复合材料；

成形步骤：对浸渗步骤成型的复合材料表面进行轧制，并通过冷却在复合材料表面形成一金属板层。

所述压力是利用高压气体压力，压力范围在0.2～1Mpa。

所述金属溶液温度为高于合金液相线温度10～15℃，多孔陶瓷预热温度为高于合金固相线温度20～30℃。

一种连续铸轧成形装置，包括浸渗箱体，在所述浸渗箱体上端设置有板材输送入口和气体入口，在所述浸渗箱体的下端设置有板材输送出口，在所述板材输送出口的两侧分别设置一个轧辊，在所述轧辊内设置有冷却结构。

所述的冷却结构为设置在轧辊表面内部的环形冷却通道，在冷却通道内设置有冷却水。

在所述浸渗箱体的侧面设置有金属溶液的浇注通道。

本发明通过对金属溶液表面施加压力，从而强化和提高了金属溶液的渗透能力，并通过冷却与轧制，不仅可以进一步的提高板材的表面性能，还能通过冷却作用使得金属溶液在复合材料的表面形成了一层金属板，提高了材料表面韧性和方便了材料的机加工。

而且本发明结构简单，操作容易，可以很容易就实现大规模生产,所成形的复合材料中金属溶液可以充分浸渗。配置了冷却装置，可以使多孔陶瓷内的金属溶液快速冷却，达到复合材料的快速成形。

附图说明

图1是实现本发明成形工艺的一种装置的示意图。

其中：1、高压气体接口，2、金属溶液浇注通道，3、浸渗箱体，4、金属溶液，5、双轧辊，6、金属板层，7、双连续相复合材料，8、多孔陶瓷板材。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明制备SiC-Al双连续相复合材料的具体实施方式做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1是本发明工艺具体实施装置的示意图。如图1所示，本发明的方法包括以下步骤：

喂料步骤：通过喂料机从浸渗箱体3上部封口喂入已经预制成形的多孔陶瓷板材8。

浸渗步骤：当多孔陶瓷板材8浸入金属溶液4后，在浸渗箱体3内气体压力的作用下金属溶液4通过渗流的方式进入多孔陶瓷板材8内部形成双连续相复合材料7。

成形步骤：在浸渗箱体3下方有双轧辊5，双轧辊5内有冷却水，双轧辊即是本发明方法中的冷却装置，同时用以轧制作用。金属溶液4在双轧辊5表面冷却凝固，凝固壳层随双轧辊5运动方向逐渐增厚，在双轧辊5的轧缝位置(双辊距离最近处)凝固的金属板层6与双连续相复合材料7接触，在双轧辊5轧制力的作用下，与双连续相复合材料7紧密贴合，也利用轧制作用改善了金属相力学性能。同时双连续相复合材料7在双轧辊5的冷却作用下内部的液相金属完全凝固，从而连续输出复合材料板材。

在所述浸渗箱体3的上留有高压气体接口1，通过高压气体接口1向浸渗箱体3内充入高压气体，以维持浸渗箱体3内部在稳定的压力范围0.2～1Mpa。

在所述浸渗箱体3的两侧开设有浇注通道2，金属溶液4通过浇注通道2注入浸渗箱体3并保持一定的液位高度在轧辊上部10～15cm处。

本实施例所使用装置所需的工艺条件为：Al合金金属溶液温度650℃，多孔陶瓷预热温度为600℃。金属溶液温度为高于合金液相线温度10～15℃，多孔陶瓷预热温度为高于合金固相线温度20～30℃。

在本实施例中，在金属溶液4浸渗入多孔陶瓷板材8过程中，多孔陶瓷板材8喂入速率为0.125m/s、双轧辊5转动速率为12转/min、浸渗箱体3内的液位高度保持在轧辊上部10～15cm，以保证金属溶液4充分浸渗入多孔陶瓷内部。

可以清楚，本发明中金属溶液4的浸渗速率、多孔陶瓷板材8喂入速率以及双轧辊5转动速率并不是唯一的，只要能以其他速率组合以保证金属溶液4的充分浸渗即可。

在本发明的双连续相复合板材连续铸轧成形方法中，本发明连续地从喂料机中向浸渗箱体3喂入预制成形的多孔陶瓷板材8，可以达到大批量生产所述的双连续相复合板材。

同时，在本具体实施例中，还可以调整双轧辊5间距以及浸渗箱体3上部封口间距，以达到可以铸轧不同厚度的双连续相复合板材7。

可以想见的是，本发明所适用的多孔陶瓷板材8可以有Al₂O₃、SiC、ZrO₂、Si₃N₄、TiB₂、SiO₂等，所适用的金属基可以包括铝、铜、镁、镍、铁等金属合金。

同时，可以想见，本发明的方法所使用的冷却装置与轧制装置并不一定仅仅只有本具体实施例里面的双辊方式，也可以是冷却装置与轧制装置分开，或者采取其他有同样功能的装置。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的一个较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于此描述的其它方式或其它装置来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种双连续相复合板材连续铸轧成形方法，其特征在于：包括以下步骤：

喂料步骤：向金属溶液中喂入已经预制成形的多孔陶瓷板材；

浸渗步骤：金属溶液在压力的作用下以渗流的方式进入多孔陶瓷内部形成双连续相复合材料；

成形步骤：对浸渗步骤成型的复合材料表面采用双轧辊进行轧制，金属溶液通过冷却在轧辊表面冷却凝固，凝固壳层随轧辊运动方向逐渐增厚，双轧辊的轧缝位置凝固的金属板层与复合材料接触，在轧辊轧制力的作用下，与复合材料紧密贴合形成表面具有金属板层的复合材料板材。

2.根据权利要求1所述的双连续相复合板材连续铸轧成形方法，其特征在于：所述压力是利用高压气体压力，压力范围在0.2～1Mpa。

3.根据权利要求1所述的双连续相复合板材连续铸轧成形方法，其特征在于：所述金属溶液温度为高于合金液相线温度10～15℃，多孔陶瓷预热温度为高于合金固相线温度20～30℃。

4.一种用于权利要求1所述连续铸轧成形方法的装置，其特征在于：包括浸渗箱体，在所述浸渗箱体上端设置有板材输送入口和气体入口，在所述浸渗箱体的下端设置有板材输送出口，在所述板材输送出口的两侧分别设置一个轧辊，在所述轧辊内设置有冷却结构。

5.根据权利要求4所述的连续铸轧成形装置，其特征在于：所述的冷却结构为设置在轧辊表面内部的环形冷却通道，在冷却通道内设置有冷却水。

6.根据权利要求5所述的连续铸轧成形装置，其特征在于：在所述浸渗箱体的侧面设置有金属溶液的浇注通道。