CN104439185B - 一种复合材料抗磨件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料抗磨件的制备方法，利用金属液的黏性和外加机械压力，使金属液经充型通道向工件腔流动的过程中，挤入陶瓷腔上方充型通道内的陶瓷颗粒间，将陶瓷颗粒分开并包裹，形成陶瓷颗粒与金属液的均匀混合物，在压力的持续作用下，这种陶瓷颗粒与金属液的均匀混合物进入工件腔，并在随后更高的压力作用下快速冷却凝固，形成陶瓷颗粒增强金属基复合材料抗磨件。本发明所述的复合材料抗磨件的制备方法，所得复合材料中陶瓷颗粒分布均匀，陶瓷与作为基体的抗磨金属间结合紧密牢固，使用中不脱落，抗磨件使用寿命长。

Description

一种复合材料抗磨件的制备方法

技术领域

本发明涉及颗粒增强复合材料(颗粒增强金属基复合材料)及其零件制备领域，具体说是一种复合材料抗磨件的制备方法。尤指陶瓷颗粒/金属基复合材料抗磨件的制备方法，用于金属基复合材料及其零件的制备。

背景技术

陶瓷颗粒增强金属基复合材料综合了陶瓷的高硬度和金属的高强度、高韧性，是制备抗磨零件的重要材料。但是，如何将陶瓷颗粒均匀地分布在金属基体中并实现两者的牢固结合，是制备陶瓷颗粒增强金属基复合材料及其零件的一个难题。

现有技术中解决这一问题的技术方案主要是搅拌铸造法、喷射铸造法、预制体法和铸渗方法，这些方法能实现一定程度上的陶瓷颗粒均匀分布，但陶瓷颗粒与金属基体间的结合仍然不够牢固，特别是制成的抗磨件在使用中会出现陶瓷颗粒脱落的现象，导致抗磨性不高。

刘伟军发明了一种陶瓷颗粒增强钢基复合材料的方法(申请号201110306220.3)，其特征是采用铸渗的方法进行表层复合，包括制备陶瓷颗粒预制块、烧结坯块、固定预制块、熔炼铸渗等步骤，借助真空使熔融金属充分充型并铸渗到预制块的孔隙中。这种方法只能进行表层复合，复合层厚度有限，无法实现大型抗磨件的整体复合。

刘伟军等还发明了一种高耐磨铁基复合材料的制备方法(申请号201110261834.4)，其特征是选用2～4mm的大尺寸电熔锆刚玉颗粒作为抗磨颗粒，向电熔锆刚玉颗粒内加入2.5～3.0％的水玻璃、0.5～1.0％的钛粉和1～1.5％的硼砂作为粘结剂进行混合、模压成形并烧结，得到锆刚玉预制块；然后把锆刚玉预制块放入砂型内，浇注铁水进行铸渗，得到顶部一定厚度的复合材料抗磨层。这种方法也只是制作表面抗磨层，不能制作整体抗磨件，而且所得复合层中电熔锆刚玉颗粒的分布不够均匀，电熔锆刚玉颗粒与金属基体间结合不强，使用中有脱落现象。

为了解决增强颗粒在金属基体中的均匀分布，邓坤坤等人发明了一种镁合金掺杂SiC颗粒的增强方法(申请号201210236226.2)，其根本特征是采用机械搅拌方法实现掺杂，难以制备体积分数大于40％的复合材料，也无法适用于高熔点的钢铁基复合材料制备。

郑开宏教授采用熔体铸渗法结合多孔陶瓷预制体制备工艺，制备了陶瓷颗粒局部定位增强高铬铸铁基表层耐磨复合材料，具体方法是：将陶瓷颗粒预先进行镀镍处理，将镀镍后的陶瓷颗粒与自制粘结剂混合填入具有蜂窝状内腔的模具中，经加压后固化形成蜂窝状的多孔陶瓷预制体，然后将多孔陶瓷预制体固定在砂型内表面铸件磨损面对应的位置，合箱浇注，高铬铸铁金属液铸渗预制体获得表层具有一定厚度的陶瓷/金属复合层的的复合耐磨件。这种方法仍然是通过使用陶瓷颗粒预制体制备复合材料制件，工艺复杂。

卢德宏采用挤压铸造方法制备陶瓷颗粒/钢复合材料，其工艺流程为：①通过将一定粒度以石英为主的陶瓷颗粒均匀混合，并和硅溶胶按一定的质量分数混合均匀后，涂覆于模具的内表面，形成一定厚度的光滑致密陶瓷保温层，并预热到一定的温度备用；②将增强体Al2O3陶瓷颗粒与一定质量分数的粘结剂，放入球磨机中均匀混合后，在一定的压力下压坯成型(成型后即为增强相预制坯)以建立足够的强度；③将增强相预制坯预热到一定的温度后，置于带有陶瓷保温层的模具中，再将金属熔体浇入其中，以常规挤压铸造的方法使金属熔体渗入增强相预制坯中，形成局部增强的金属基复合材料。这属于压力铸渗的方法，也是通过事先制备预制体来实现增强相的均匀分布，无法制作大尺寸整体复合的抗磨件。

综上可见，现有技术制备颗粒增强复合材料的方法，都需要制作增强颗粒的预制体，这不仅增加了工序，而且预制体中的粘结剂在随后复合过程很难完全排出，形成夹杂；此外，受液态抗磨金属流动性的限制，复合层的厚度有限，且颗粒(增强颗粒)与基体(金属基体)之间的结合强度较低。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种复合材料抗磨件的制备方法，制备出颗粒分布均匀、颗粒与基体间结合牢固、低成本、高质量的陶瓷颗粒/金属基复合材料抗磨件。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种复合材料抗磨件的制备方法，其特征在于：利用金属液的黏性和外加机械压力，使金属液经充型通道向工件腔流动的过程中，挤入陶瓷腔上方充型通道内的陶瓷颗粒间，将陶瓷颗粒分开并包裹，形成陶瓷颗粒与金属液的均匀混合物，在压力的持续作用下，这种陶瓷颗粒与金属液的均匀混合物进入工件腔，并在随后更高的压力作用下快速冷却凝固，形成陶瓷颗粒增强金属基复合材料抗磨件。

在上述技术方案的基础上，该方法需要使用模具，所述模具包括：

上模1和下模4两部分，

所述下模4内设有工件腔3、陶瓷腔5、金属腔7，其中：

所述的金属腔7用来盛放金属液，其容积可以通过其底部的金属腔压头8的上下运动进行调节，位于下模中央；

所述的陶瓷腔5用来盛放陶瓷颗粒，其容积可以通过其底部的陶瓷腔压头6的上下运动进行调节，位于金属腔7周围，以金属腔7的中心轴线为对称轴对称布置；

所述的工件腔3用来形成抗磨件，其形状尺寸与抗磨件相匹配，其数量与陶瓷腔5数量相同，与陶瓷腔5平行且位于陶瓷腔5远离金属腔7的一侧；

所述上模1内设有对应工件腔3的工件腔压头2；

在金属腔7和陶瓷腔5上方设有连接工件腔3、陶瓷腔5和金属腔7的充型通道9，

所述的充型通道9是金属液流经的通道，也是金属液与陶瓷颗粒进行混合的通道，位于陶瓷腔5和金属腔7的上方，并将陶瓷腔5、工件腔3和金属腔7连通。

在上述技术方案的基础上，所述的陶瓷腔5是2～8个矩形空腔。

在上述技术方案的基础上，工件腔3和陶瓷腔5间的壁厚10～50mm。

在上述技术方案的基础上，充型通道在陶瓷腔5上方的横截面积总和为金属腔7横截面积的0.1～1.0倍。

在上述技术方案的基础上，具体制备过程包括如下七个步骤：

S1，调整体积分数：调整金属腔压头8和陶瓷腔压头6的垂直位置，使陶瓷腔5与金属腔7的容积比为0.2～1.0，或者调整金属腔压头8和陶瓷腔压头6的上升速度，使单位时间内陶瓷腔5的出料体积与金属腔7的出料体积比为0.2～0.6；

S2，加陶瓷料：将预热至400～1000℃的陶瓷颗粒，加入至陶瓷腔5内至满；所述的陶瓷颗粒包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷，平均粒径2～10mm；

S3，浇注金属液：将过热度为100～200℃的金属液浇入金属腔7内至满；所述的金属液包括但不限于碳素结构钢液、合金钢液及含有铬、锰、镍、铜、钼各种合金元素的抗磨铸铁液；

S4，黏流布料：将上模1和下模4闭合并锁紧后，迅速利用外加压力推动金属腔压头8和陶瓷腔压头6，将陶瓷腔5内的陶瓷颗粒和金属腔7内的金属液连续不断地推入充型通道9内，在金属液流经陶瓷腔5上方的过程，将陶瓷颗粒挟裹形成固液混合物，一起向工件腔3内流动，并在5～10MPa的压力作用下充满工件腔3；金属液经过陶瓷腔的平均速度为0.1～1.0m/s；

S5，加压充型：通过金属腔压头8增大压力，使陶瓷颗粒-金属液的混合物充满工件腔3，达到设定压力后保压0～5秒；所述的设定压力，是指在金属液内产生50～100MPa的压强；

S6，增压复合：通过工件腔压头2对金属液与陶瓷颗粒混合物加压，使工件腔3内的金属液与陶瓷颗粒的混合物受到100～200MPa的附加压力，直至其中的金属液完全凝固；

S7，取件：解除陶瓷腔压头6压力、金属腔压头8的压力和工件腔压头2的压力，工件腔压头2回程，打开上模1和下模4，取出工件腔3内的工件，得到本发明的陶瓷颗粒/金属基复合材料抗磨件。

本发明所述的复合材料抗磨件的制备方法，所得复合材料中陶瓷颗粒分布均匀，陶瓷与作为基体的抗磨金属间结合紧密牢固，使用中不脱落，抗磨件使用寿命长，具有如下优点：

(1)不需要制备预制体，可以从根本上避免外来夹杂，缩短制备流程。

(2)陶瓷颗粒分布均匀。本发明靠液态金属的黏性挟裹陶瓷颗粒，进行整体流动充型，可以确保陶瓷颗粒与液态金属充分接触和混合均匀。

(3)陶瓷颗粒与基体间结合牢固。本发明在压力作用下充满模腔，并在高压下凝固和变形，实现陶瓷颗粒与抗磨金属的压焊，所以陶瓷颗粒与基体间结合牢固。

(4)材料制备与零件成形一步完成。本发明在制备陶瓷颗粒增强复合材料的同时，实现了抗磨零件的成形制造，使复合材料制备与复合材料零件制备一步完成，缩短了流程，节约能源，降低成本。

(5)应用范围广。由于借助高压成形，无论颗粒与基体润湿性与否，都能够达到良好的界面结合，适用于各种陶瓷颗粒与金属基体的复合材料及其零件的制备。

附图说明

本发明有如下附图：

图1模腔分布图，

图2浇注和锁模完毕时的合模图。

图3充满模腔和加压复合完成时的合模图。

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

附图标记：

1为上模，2为工件腔压头，3为工件腔，4为下模，5为陶瓷腔，6为陶瓷腔压头，7为金属腔，8为金属腔压头，9为充型通道。

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，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明所述的复合材料抗磨件的制备方法，所述复合材料指陶瓷颗粒/金属基复合材料，该方法需要使用模具钢制成的模具，如图1～3所示，所述模具包括：

上模1和下模4两部分，模具使用时，上模1安装在液锻机的活动横梁上，可以上下运动，实现开模和锁模，下模4安装在液锻机的工作台上，所述的液锻机可以是立式液锻机；

所述下模4内设有工件腔3、陶瓷腔5、金属腔7，其中：

所述的金属腔7用来盛放金属液，其容积可以通过其底部的金属腔压头8的上下运动进行调节，位于下模中央；

所述的陶瓷腔5用来盛放陶瓷颗粒，是2～8个矩形空腔(图1所示实施例中设有4个陶瓷腔5)，其容积可以通过其底部的陶瓷腔压头6的上下运动进行调节，位于金属腔7周围，以金属腔7的中心轴线为对称轴对称布置；

所述的工件腔3用来形成抗磨件，其形状尺寸与抗磨件相匹配，可以全部在下模4内，也可以是一部分在下模4内，另一部分在上模1内，上模1与下模4闭合后形成完整的工件腔3，其数量与陶瓷腔5数量相同，与陶瓷腔5平行且位于陶瓷腔5远离金属腔7的一侧，两者间的壁厚10～50mm，例如10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm、；

金属腔压头8和陶瓷腔压头6的尺寸分别与金属腔7和陶瓷腔5的尺寸相匹配，分别设于金属腔7和陶瓷腔5的底面，可以在金属腔7和陶瓷腔5内做上下运动，它们的上端面分别是金属腔7和陶瓷腔5的底；

所述上模1内设有对应工件腔3的工件腔压头2；

在金属腔7和陶瓷腔5上方设有连接工件腔3、陶瓷腔5和金属腔7的充型通道9，

所述的充型通道9是金属液流经的通道，也是金属液与陶瓷颗粒进行混合的通道，位于陶瓷腔5和金属腔7的上方，并将陶瓷腔5、工件腔3和金属腔7连通，充型通道在陶瓷腔5上方的横截面积总和为金属腔7横截面积的0.1～1.0倍，例如0.1倍、0.2倍、0.3倍、0.4倍、0.5倍、0.6倍、0.7倍、0.8倍、0.9倍、1.0倍。

本发明所述的复合材料抗磨件的制备方法，简称“黏流布料-液锻复合方法”，使用上述模具，利用金属液的黏性和外加机械压力，使金属液经充型通道9向工件腔3流动的过程中(简称充型过程)，挤入陶瓷腔5上方充型通道9内的陶瓷颗粒间，将陶瓷颗粒分开并包裹，形成陶瓷颗粒与金属液的均匀混合物，在压力的持续作用下，这种陶瓷颗粒与金属液的均匀混合物进入工件腔3，并在随后更高的压力作用下快速冷却凝固，形成陶瓷颗粒增强金属基复合材料抗磨件。

在上述技术方案的基础上，具体制备过程包括如下七个步骤：

S1，调整体积分数：调整金属腔压头8和陶瓷腔压头6的垂直位置，使陶瓷腔5与金属腔7的容积比为0.2～1.0，或者调整金属腔压头8和陶瓷腔压头6的上升速度，使单位时间内陶瓷腔5的出料体积与金属腔7的出料体积比为0.2～0.6；

S2，加陶瓷料：将预热至400～1000℃的陶瓷颗粒，加入至陶瓷腔5内至满；所述的陶瓷颗粒包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷，平均粒径2～10mm；

S3，浇注金属液：将过热度为100～200℃的金属液浇入金属腔7内至满；所述的金属液包括但不限于碳素结构钢液、合金钢液及含有铬、锰、镍、铜、钼各种合金元素的抗磨铸铁液；

S4，黏流布料：将上模1和下模4闭合并锁紧后，迅速利用外加压力推动金属腔压头8和陶瓷腔压头6，将陶瓷腔5内的陶瓷颗粒和金属腔7内的金属液连续不断地推入充型通道9内，在金属液流经陶瓷腔5上方的过程，将陶瓷颗粒挟裹形成固液混合物，一起向工件腔3内流动，并在5～10MPa的压力作用下充满工件腔3；金属液经过陶瓷腔的平均速度为0.1～1.0m/s；

S5，加压充型：通过金属腔压头8增大压力，使陶瓷颗粒-金属液的混合物充满工件腔3，达到设定压力后保压0～5秒，例如1秒、2秒、3秒、4秒、5秒；所述的设定压力，是指在金属液内产生50～100MPa的压强；

S6，增压复合：通过工件腔压头2对金属液与陶瓷颗粒混合物加压，使工件腔3内的金属液与陶瓷颗粒的混合物受到100～200MPa的附加压力，直至其中的金属液完全凝固；

S7，取件：解除陶瓷腔压头6压力、金属腔压头8的压力和工件腔压头2的压力，工件腔压头2回程，打开上模1和下模4，取出工件腔3内的工件，得到本发明的陶瓷颗粒/金属基复合材料抗磨件。

以下为具体实施例。

实施例1-ZTA/高铬铸铁复合材料抗磨件

本实施例公开了一种氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒/高铬铸铁复合材料矩形抗磨件的制备方法，该方法需要使用模具钢制成的模具，模具结构参见前述。

具体制备过程如下：

S1，调整体积分数：调整金属腔压头8和陶瓷腔压头6的垂直位置，使陶瓷腔5与金属腔7的容积比为0.2；

S2，加陶瓷料：将预热至400℃的陶瓷颗粒，加入至陶瓷腔5内至满；所述的陶瓷颗粒是氧化锆增韧氧化铝陶瓷颗粒(简称ZTA)，平均粒径2mm；

S3，浇注金属液：将过热度为100℃的金属液浇入金属腔7内至满；所述的金属液是高铬铸铁KmTBCr26(含有铬、锰、镍、铜、钼合金元素的抗磨铸铁液)；

S4，黏流布料：将上模1和下模4闭合并锁紧后，迅速利用外加压力推动金属腔压头8和陶瓷腔压头6，将陶瓷腔5内的陶瓷颗粒和金属腔7内的金属液连续不断地推入充型通道9内，在金属液流经陶瓷腔5上方的过程，将陶瓷颗粒挟裹形成固液混合物，一起向工件腔3内流动，并在5MPa的压力作用下充满工件腔3；金属液经过陶瓷腔的平均速度为0.1m/s；

S5，加压充型：通过金属腔压头8增大压力，使陶瓷颗粒-金属液的混合物充满工件腔3，达到设定压力后保压0秒；所述的设定压力，是指在金属液内产生50MPa的压强；

S6，增压复合：通过工件腔压头2对金属液与陶瓷颗粒混合物加压，使工件腔3内的金属液与陶瓷颗粒的混合物受到100MPa的附加压力，直至其中的金属液完全凝固；

S7，取件：解除陶瓷腔压头6压力、金属腔压头8的压力和工件腔压头2的压力，工件腔压头2回程，打开上模1和下模4，取出工件腔3内的工件，得到本发明的陶瓷颗粒/金属基复合材料抗磨件。

该抗磨件内陶瓷颗粒分布均匀，在同等工况下的使用寿命比同材质的高铬铸铁提高3倍，无陶瓷颗粒的脱落。

实施例2——ZTA/高锰钢复合材料抗磨件

本实施例公开了一种碳化钨陶瓷颗粒/高锰钢复合材料抗磨件的制备方法，该方法需要使用模具钢制成的模具，模具结构参见前述。

具体制备过程如下：

S1，调整体积分数：调整金属腔压头8和陶瓷腔压头6的上升速度，使单位时间内陶瓷腔5的出料体积与金属腔7的出料体积比为0.4；

S2，加陶瓷料：将预热至700℃的陶瓷颗粒，加入至陶瓷腔5内至满；所述的陶瓷颗粒是碳化钨陶瓷颗粒，平均粒径6mm；

S3，浇注金属液：将过热度为150℃的金属液浇入金属腔7内至满；所述的金属液是合金钢液(高锰钢ZGMn13)；

S4，黏流布料：将上模1和下模4闭合并锁紧后，迅速利用外加压力推动金属腔压头8和陶瓷腔压头6，将陶瓷腔5内的陶瓷颗粒和金属腔7内的金属液连续不断地推入充型通道9内，在金属液流经陶瓷腔5上方的过程，将陶瓷颗粒挟裹形成固液混合物，一起向工件腔3内流动，并在7.5MPa的压力作用下充满工件腔3；金属液经过陶瓷腔的平均速度为0.55m/s；

S5，加压充型：通过金属腔压头8增大压力，使陶瓷颗粒-金属液的混合物充满工件腔3，达到设定压力后保压2.5秒；所述的设定压力，是指在金属液内产生75MPa的压强；

S6，增压复合：通过工件腔压头2对金属液与陶瓷颗粒混合物加压，使工件腔3内的金属液与陶瓷颗粒的混合物受到150MPa的附加压力，直至其中的金属液完全凝固；

S7，取件：解除陶瓷腔压头6压力、金属腔压头8的压力和工件腔压头2的压力，工件腔压头2回程，打开上模1和下模4，取出工件腔3内的工件，得到本发明的陶瓷颗粒/金属基复合材料抗磨件。

该抗磨件内陶瓷颗粒分布均匀，在同等工况下的使用寿命比同材质的高锰钢提高5倍，无陶瓷颗粒的脱落和基体碎化现象。

实施例3——氮化硅陶瓷颗粒/45钢复合材料

本实施例公开了一种氮化硅陶瓷颗粒/45钢复合材料抗磨件的制备方法，该方法需要使用模具钢制成的模具，模具结构参见前述。

具体制备过程如下：

S1，调整体积分数：调整金属腔压头8和陶瓷腔压头6的垂直位置，使陶瓷腔5与金属腔7的容积比为1.0，陶瓷占复合材料的体积分数为63％；

S2，加陶瓷料：将预热至1000℃的陶瓷颗粒，加入至陶瓷腔5内至满；所述的陶瓷颗粒氮化硅陶瓷颗粒，平均粒径10mm；

S3，浇注金属液：将过热度为200℃的金属液浇入金属腔7内至满；所述的金属液是45钢液(碳素结构钢液)；

S4，黏流布料：将上模1和下模4闭合并锁紧后，迅速利用外加压力推动金属腔压头8和陶瓷腔压头9，将陶瓷腔5内的陶瓷颗粒和金属腔7内的金属液连续不断地推入充型通道9内，在金属液流经陶瓷腔5上方的过程，将陶瓷颗粒挟裹形成固液混合物，一起向工件腔3内流动，并在10MPa的压力作用下充满工件腔3；金属液经过陶瓷腔的平均速度为1.0m/s；

S5，加压充型：通过金属腔压头8增大压力，使陶瓷颗粒-金属液的混合物充满工件腔3，达到设定压力后保压5秒；所述的设定压力，是指在金属液内产生100MPa的压强；

S6，增压复合：通过工件腔压头2对金属液与陶瓷颗粒混合物加压，使工件腔3内的金属液与陶瓷颗粒的混合物受到200MPa的附加压力，直至其中的金属液完全凝固；

S7，取件：解除陶瓷腔压头6压力、金属腔压头8的压力和工件腔压头2的压力，工件腔压头2回程，打开上模1和下模4，取出工件腔3内的工件，得到本发明的陶瓷颗粒/金属基复合材料抗磨件。

该抗磨件内陶瓷颗粒分布均匀，在同等工况下的使用寿命比同材质的45钢提高7倍，无陶瓷颗粒的脱落和基体碎化现象。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种复合材料抗磨件的制备方法，其特征在于：利用金属液的黏性和外加机械压力，使金属液经充型通道向工件腔流动的过程中，挤入陶瓷腔上方充型通道内的陶瓷颗粒间，将陶瓷颗粒分开并包裹，形成陶瓷颗粒与金属液的均匀混合物，在压力的持续作用下，这种陶瓷颗粒与金属液的均匀混合物进入工件腔，并在随后更高的压力作用下快速冷却凝固，形成陶瓷颗粒增强金属基复合材料抗磨件。

2.如权利要求1所述的复合材料抗磨件的制备方法，其特征在于：该方法需要使用模具，所述模具包括：

上模(1)和下模(4)两部分，

所述下模(4)内设有工件腔(3)、陶瓷腔(5)、金属腔(7)，其中：

所述的金属腔(7)用来盛放金属液，其容积可以通过其底部的金属腔压头(8)的上下运动进行调节，位于下模中央；

所述的陶瓷腔(5)用来盛放陶瓷颗粒，其容积可以通过其底部的陶瓷腔压头(6)的上下运动进行调节，位于金属腔(7)周围，以金属腔(7)的中心轴线为对称轴对称布置；

所述的工件腔(3)用来形成抗磨件，其形状尺寸与抗磨件相匹配，其数量与陶瓷腔(5)数量相同，与陶瓷腔(5)平行且位于陶瓷腔(5)远离金属腔(7)的一侧；

所述上模(1)内设有对应工件腔(3)的工件腔压头(2)；

在金属腔(7)和陶瓷腔(5)上方设有连接工件腔(3)、陶瓷腔(5)和金属腔(7)的充型通道(9)，

所述的充型通道(9)是金属液流经的通道，也是金属液与陶瓷颗粒进行混合的通道，位于陶瓷腔(5)和金属腔(7)的上方，并将陶瓷腔(5)、工件腔(3)和金属腔(7)连通。

3.如权利要求2所述的复合材料抗磨件的制备方法，其特征在于：所述的陶瓷腔(5)是2～8个矩形空腔。

4.如权利要求2所述的复合材料抗磨件的制备方法，其特征在于：工件腔(3)和陶瓷腔(5)间的壁厚10～50mm。

5.如权利要求2所述的复合材料抗磨件的制备方法，其特征在于：充型通道在陶瓷腔(5)上方的横截面积总和为金属腔(7)横截面积的0.1～1.0倍。

6.如权利要求2所述的复合材料抗磨件的制备方法，其特征在于，具体制备过程包括如下七个步骤：

S1，调整体积分数：调整金属腔压头(8)和陶瓷腔压头(6)的垂直位置，使陶瓷腔(5)与金属腔(7)的容积比为0.2～1.0，或者调整金属腔压头(8)和陶瓷腔压头(6)的上升速度，使单位时间内陶瓷腔(5)的出料体积与金属腔(7)的出料体积比为0.2～0.6；

S2，加陶瓷料：将预热至400～1000℃的陶瓷颗粒，加入至陶瓷腔(5)内至满；所述的陶瓷颗粒包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷，平均粒径2～10mm；

S3，浇注金属液：将过热度为100～200℃的金属液浇入金属腔(7)内至满；所述的金属液包括但不限于碳素结构钢液、合金钢液及含有铬、锰、镍、铜、钼各种合金元素的抗磨铸铁液；

S4，黏流布料：将上模(1)和下模(4)闭合并锁紧后，迅速利用外加压力推动金属腔压头(8)和陶瓷腔压头(6)，将陶瓷腔(5)内的陶瓷颗粒和金属腔(7)内的金属液连续不断地推入充型通道(9)内，在金属液流经陶瓷腔(5)上方的过程，将陶瓷颗粒挟裹形成固液混合物，一起向工件腔(3)内流动，并在5～10MPa的压力作用下充满工件腔(3)；金属液经过陶瓷腔的平均速度为0.1～1.0m/s；

S5，加压充型：通过金属腔压头(8)增大压力，使陶瓷颗粒-金属液的混合物充满工件腔(3)，达到设定压力后保压0～5秒；所述的设定压力，是指在金属液内产生50～100MPa的压强；

S6，增压复合：通过工件腔压头(2)对金属液与陶瓷颗粒混合物加压，使工件腔(3)内的金属液与陶瓷颗粒的混合物受到100～200MPa的附加压力，直至其中的金属液完全凝固；

S7，取件：解除陶瓷腔压头(6)压力、金属腔压头(8)的压力和工件腔压头(2)的压力，工件腔压头(2)回程，打开上模(1)和下模(4)，取出工件腔(3)内的工件，得到陶瓷颗粒/金属基复合材料抗磨件。