CN104858394A - 一种金属陶瓷复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明采用挤压铸造方法制备出梯度金属基陶瓷复合材料，从而达到简化工艺和降低成本的目的。由于陶瓷颗粒在金属颗粒中分布均匀，能有效提高该金属基陶瓷复合材料抵御冲击载荷作用的能力。同时由于陶瓷是很好的隔热材料，金属又具有良好的导热性能，因此由这两种材料组合制备出的金属基陶瓷复合材料具备良好的导热性和较低的热膨胀率。
Description
【技术领域】
本发明涉及无机材料制备技术领域，特别涉及梯度金属陶瓷复合材料的制备方法。
【背景技术】
金属陶瓷复合材料是由一种或几种陶瓷相与金属相或合金(也叫基体)所组成的复合材料。金属陶瓷中的陶瓷相是具有高熔点、高硬度的氧化物或难熔化合物，金属相主要是过渡元素(铁、钴、镍、铬、钨、钼等)及其合金。根据各组成相所占百分比不同，金属陶瓷分为以陶瓷为基质和以金属为基质两类。金属陶瓷复合材料兼有金属和陶瓷的优点，它密度小、硬度高、耐磨、导热性好，不会因为骤冷或骤热而脆裂。金属陶瓷既具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性，又具有陶瓷的耐高温、耐腐蚀和耐磨损等特性，因此，金属陶瓷复合材料得到广泛地应用。
梯度金属陶瓷，是指成分与性能沿某一方向呈梯度变化的金属陶瓷。梯度金属陶瓷中，金属含量较高的一侧，具有较好的韧性和较强的塑性变形能力，陶瓷含量较高的一侧，具有较高的硬度和优良的耐磨性。
梯度金属陶瓷，可通过粉末冶金、焊接等方法制备。用这两种方法制备的梯度金属陶瓷，难以形成连续梯度，不同成分区域之间存在界面。界面附近常会有应力集中或者气孔、裂纹等缺陷，严重损害材料的力学性能。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种导热性好、热膨胀率低、耐高温、耐腐蚀和耐磨损的梯度金属陶瓷复合材料的制备方法。
一种金属陶瓷复合材料的制备方法，包括下列各步骤：
I、预制A胚体。以金属颗粒和陶瓷颗粒为原料，将上述颗粒原料和粘结剂按质量比为2～5︰1混合均匀后混合均匀并充分干燥成为混合料，再利用粉末注射成型工艺制备多孔烧结胚；其中陶瓷颗粒的质量总和在混合料中所占的质量百分数为10～40％；
II、预制B胚体，以金属颗粒和陶瓷颗粒为原料，将上述粉末原料和粘结剂按质量比为2～5︰1混合均匀后混合均匀并充分干燥成为混合料，再利用粉末注射成型工艺制备多孔烧结胚；其中陶瓷颗粒的质量总和在混合料中所占的质量百分数为50～80％；
III、以常规挤压铸造的方法在1～200MPa下，将A胚体挤压渗入到B胚体中，形成梯度金属陶瓷复合材料。
优化地，所述的金属颗粒为Al、Ti、Fe和/或Cu。
优化地，所述的陶瓷颗粒为Fe2O3、AlN、Al2O3、B4C和/或碳纤维。
优化地，所述金属颗粒的粒度为80目。
优化地，所述陶瓷颗粒的粒度为140目。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，：采用挤压铸造方法制备出梯度金属基陶瓷复合材料，从而达到简化工艺和降低成本的目的。由于陶瓷颗粒在金属颗粒中分布均匀，能有效提高该金属基陶瓷复合材料抵御冲击载荷作用的能力。同时由于陶瓷是很好的隔热材料，金属又具有良好的导热性能，因此由这两种材料组合制备出的金属基陶瓷复合材料具备良好的导热性和较低的热膨胀率。
【具体实施方式】
一种金属陶瓷复合材料的制备方法，包括下列各步骤：
I、预制A胚体。以金属颗粒和陶瓷颗粒为原料，将上述颗粒原料和粘结剂按质量比为2～5︰1混合均匀后混合均匀并充分干燥成为混合料，再利用粉末注射成型工艺制备多孔烧结胚；其中陶瓷颗粒的质量总和在混合料中所占的质量百分数为10～40％；
II、预制B胚体，以金属颗粒和陶瓷颗粒为原料，将上述粉末原料和粘结剂按质量比为2～5︰1混合均匀后混合均匀并充分干燥成为混合料，再利用粉末注射成型工艺制备多孔烧结胚；其中陶瓷颗粒的质量总和在混合料中所占的质量百分数为50～80％；
III、以常规挤压铸造的方法在1～200MPa下，将A胚体挤压渗入到B胚体中，形成梯度金属陶瓷复合材料。
所述的金属颗粒为Al、Ti、Fe和/或Cu。
所述的陶瓷颗粒为Fe2O3、AlN、Al2O3、B4C和/或碳纤维。
所述金属颗粒的粒度为80目。
所述陶瓷颗粒的粒度为140目。
实施例1
一种金属陶瓷复合材料的制备方法，包括下列各步骤：
I、预制A胚体。以Al、Cu、AlN、Al2O3、、Fe2O3颗粒为原料，将上述颗粒原料和粘结剂按质量比为2：1混合均匀后混合均匀并充分干燥成为混合料，再利用粉末注射成型工艺制备多孔烧结胚；其中AlN、Al2O3、、Fe2O3颗粒的质量总和在混合料中所占的质量百分数为10％；
II、预制B胚体，以Al、Cu、AlN、Al2O3、、Fe2O3颗粒为原料，将上述粉末原料和粘结剂按质量比为2：1混合均匀后混合均匀并充分干燥成为混合料，再利用粉末注射成型工艺制备多孔烧结胚；其中AlN、Al2O3、、Fe2O3颗粒的质量总和在混合料中所占的质量百分数为50％；
III、以常规挤压铸造的方法在100MPa下，将A胚体挤压渗入到B胚体中，形成梯度金属陶瓷复合材料。
实施例2
一种金属陶瓷复合材料的制备方法，包括下列各步骤：
I、预制A胚体。以Al、Fe、AlN、Al2O3、、B4C颗粒为原料，将上述颗粒原料和粘结剂按质量比为5：1混合均匀后混合均匀并充分干燥成为混合料，再利用粉末注射成型工艺制备多孔烧结胚；其中AlN、Al2O3、、B4C颗粒的质量总和在混合料中所占的质量百分数为40％；
II、预制B胚体，以Al、Fe、AlN、Al2O3、、B4C颗粒为原料，将上述粉末原料和粘结剂按质量比为5：1混合均匀后混合均匀并充分干燥成为混合料，再利用粉末注射成型工艺制备多孔烧结胚；其中AlN、Al2O3、、B4C颗粒的质量总和在混合料中所占的质量百分数为80％；
III、以常规挤压铸造的方法在200MPa下，将A胚体挤压渗入到B胚体中，形成梯度金属陶瓷复合材料。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实例施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依据可以对前述各实施例记载的技术方案进行修改，或对其部分技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的精神和范畴。
Claims (5)
1.一种金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括下列各步骤：
I、预制A胚体。以金属颗粒和陶瓷颗粒为原料，将上述颗粒原料和粘结剂按质量比为2～5︰1混合均匀后混合均匀并充分干燥成为混合料，再利用粉末注射成型工艺制备多孔烧结胚；其中陶瓷颗粒的质量总和在混合料中所占的质量百分数为10～40％；
II、预制B胚体，以金属颗粒和陶瓷颗粒为原料，将上述粉末原料和粘结剂按质量比为2～5︰1混合均匀后混合均匀并充分干燥成为混合料，再利用粉末注射成型工艺制备多孔烧结胚；其中陶瓷颗粒的质量总和在混合料中所占的质量百分数为50～80％；
III、以常规挤压铸造的方法在1～200MPa下，将A胚体挤压渗入到B胚体中，形成梯度金属陶瓷复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述的金属颗粒为Al、Ti、Fe和/或Cu。
3.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述的陶瓷颗粒为Fe2O3、AlN、Al2O3、B4C和/或碳纤维。
4.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属颗粒的粒度为80目。
5.根据权利要求1所述的一种金属陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒的粒度为140目。
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