CN114226691A - 金属基陶瓷复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种金属基陶瓷复合材料及其制备方法，属于金属基陶瓷复合材料技术领域。金属基陶瓷复合材料的制备方法是：将金属熔液导入预热的多孔陶瓷中得到复合坯体；然后对复合坯体进行铸造和锻造；其中，多孔陶瓷的预热温度在600℃以上。将多孔陶瓷预热到600℃以上，多孔陶瓷的温度较高，可以避免金属熔液在进入到多孔陶瓷中出现凝固，使金属熔液能够充满多孔陶瓷的三维连续的孔道；然后对其进行铸造和锻造，金属熔液变成金属基体，金属基体的组织较为致密，从而使制备得到的复合材料的强度更高，且金属与多孔陶瓷之间的结合更好。

Description

金属基陶瓷复合材料及其制备方法
技术领域
本申请涉及金属基陶瓷复合材料技术领域，且特别涉及一种金属基陶瓷复合材料及其制备方法。
背景技术
现有的金属基陶瓷复合材料的制备方法通常是：将陶瓷预先制备成多孔陶瓷坯体，然后将多孔陶瓷坯体置入模具中，将金属熔融后通过铸造的方法填充入预制体内，得到金属基陶瓷复合材料。但该方法得到的金属基陶瓷复合材料的强度低。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请实施例的目的包括提供一种金属基陶瓷复合材料及其制备方法，以改善其强度低的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种金属基陶瓷复合材料，由多孔陶瓷和位于多孔陶瓷内的金属基体构成，多孔陶瓷的孔道三维连通，多孔陶瓷内的金属基体三维连通，多孔陶瓷的孔隙率为40％-90％，多孔陶瓷的孔径为50μm-5mm。
该复合材料中，多孔陶瓷的孔隙率较高、孔径较小且孔道三维连通，金属基体在多孔陶瓷内三维连通，可以使金属基陶瓷复合材料的强度更高。
在本申请的部分实施例中，金属基陶瓷复合材料的致密度大于99.5％。该复合材料的致密度很高，基本没有孔隙，其强度更高。
在本申请的部分实施例中，金属基体包括铝合金、铜合金和钛合金中的一种或多种。
在本申请的部分实施例中，多孔陶瓷的原料包括碳化硅、氮化硅、氧化铝、碳化钛和氮化钛中的一种或多种。
第二方面，本申请实施例提供了一种金属基陶瓷复合材料的制备方法，包括：将金属熔液导入预热的多孔陶瓷中得到复合坯体；然后对复合坯体进行铸造和锻造；其中，多孔陶瓷的预热温度在600℃以上。
将多孔陶瓷预热到600℃以上，多孔陶瓷的温度较高，可以避免金属熔液在进入到多孔陶瓷中出现凝固，使金属熔液能够充满多孔陶瓷的三维连续的孔道；然后对其进行铸造和锻造，金属熔液变成金属基体，金属基体的组织较为致密，从而使制备得到的复合材料的强度更高，且金属与多孔陶瓷之间的结合更好。
在本申请的部分实施例中，将金属熔液导入预热的多孔陶瓷的方法，包括：先使多孔陶瓷的孔道处于真空状态，然后通过压差的方式将金属熔液注入处于真空状态的多孔陶瓷内。
通过真空压差的方式实现金属熔液的进液，可以使金属熔液更加均匀充满至多孔陶瓷内，可以在一定程度上减少金属基体中产生的孔洞，以便进一步增加复合材料的强度。
在本申请的部分实施例中，在对复合坯体进行铸造和锻造时，复合坯体的环境压力为100-350KPa。
在对材料进行铸造和锻造的过程中，除了本身铸造和锻造施加的机械压力以外，还在真空条件下的环境压力下对复合坯体进行作用，可以使得到的复合材料的强度更高，金属基体与多孔陶瓷之间的结合效果更好。
在本申请的部分实施例中，锻造时金属熔液处于半固态状态，锻造的压力为5-100MPa。
处于半固态状态的金属熔液基本不能够流动，但是，当外界环境提供压力时，其可以发生一定的变形，此时，对其进行锻造，可以使金属基体的组织更加紧密，且可以使锻压后的金属基体与多孔陶瓷之间的结合效果更好。
在本申请的部分实施例中，多孔陶瓷的预热温度为800-1000℃。
在本申请的部分实施例中，制备方法在真空铸锻一体成型装置中进行；真空铸锻一体成型装置包括：铸造组件、进液组件、气路组件和锻造组件。铸造组件包括模具，模具上具有通孔。进液组件包括盛放容器、第一腔室和进液管，盛放容器设置于第一腔室内，进液管的一端设置于盛放容器内，另一端于模具内的腔室连通。锻造组件包括驱动装置和冲头，驱动装置驱动连接冲头，冲头活动嵌设于通孔。制备方法包括：将多孔陶瓷预热至800-1000℃，将模具预热至600-800℃，将预热后的多孔陶瓷置于预热后的模具内。将金属加热至其熔点以上20-100℃形成金属熔液，将金属熔液置于盛放容器内，且进液管的远离模具的一端浸没至金属熔液内。通过气路组件先对第一腔室和模具的模腔抽真空，然后控制第一腔室内的压力大于模腔内的压力，使金属熔液压入浸没管中，并通过浸没管进入到模具内的多孔陶瓷内。当多孔陶瓷内的金属处于半固态时，控制驱动装置驱动冲头，穿过通孔并作用于多孔陶瓷以及多孔陶瓷内的金属，以对其进行锻造。
先对第一腔室和模腔抽真空，可以使多孔陶瓷的孔道中的空气被排出，然后再通过压差的方式进行金属熔液的进液，可以使金属熔液更加容易充满多孔陶瓷的孔道，避免多孔陶瓷的内部产生气泡。且通过模具实现铸造，通过冲头实现锻造，可以使多孔陶瓷内的金属基体的组织更加紧密，金属基体与多孔陶瓷之间的结合力更佳。
在本申请的部分实施例中，铸造组件还包括第二腔室，模具设置于第二腔室内，第二腔室与模具的模腔连通。制备方法包括：通过气路组件对第一腔室和第二腔室抽真空，使第一腔室和第二腔室内的真空度为10-800Pa。通过气路组件对第一腔室充气，使第一腔室的压力增大至100-200KPa，使金属熔液压入浸没管中，并通过浸没管进入到多孔陶瓷内。通过气路组件对第一腔室和第二腔室充气，使第一腔室和第二腔室中的压力同步增大，且第一腔室和第二腔室的压差恒定为200-300KPa，当第二腔室内的压力升至100-350KPa时进行保压。当多孔陶瓷内的金属熔液处于半固态状态时，在保压条件下使用冲头施加5-100MPa的压力，以对模具内的多孔陶瓷以及多孔陶瓷内的金属进行锻造。当多孔陶瓷内的金属温度降低至低于其熔点300℃以下，通过气路组件对第一腔室和第二腔室卸压。
将第一腔室和第二腔室中的压力同步增大，可以第一腔室与第二腔室之间依然保持一定的压差，以便金属熔液持续进入到多孔陶瓷内，以充满多孔陶瓷中的孔道。且第二腔室之间的环境压力逐渐增大，可以通过真空环境对复合坯体产生一定的协同作用，使铸造和锻造的效果更好。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的真空铸锻一体成型装置的第一结构示意图；
图2为本申请实施例提供的模具的剖视图；
图3为本申请实施例提供的气路组件的管路示意图；
图4为本申请实施例1提供的金属基陶瓷复合材料的SEM图。
图标：110-铸造组件；120-进液组件；130-气路组件；140-锻造组件；160-架体；141-驱动装置；142-冲头；143-连接头；144-连接杆；145-作用头；1451-作用面；111-模具；112-第二腔室；113-第一加热装置；1111-动模架；1112-动模芯；1113-定模架；1114-定模芯；121-盛放容器；122-第一腔室；123-进液管；124-第二加热装置；125-升降装置；131-储气罐；132-第一管路；133-第二管路；134-第三管路；135-真空泵；1121-第一进气口；1221-第二进气口；136-第一三通管；137-第一四通管；138-支管；139-第二三通管；151-第一开关阀；152-第一调节阀；153-第二开关阀；154-第二调节阀；155-第三开关阀；156-第四开关阀；157-第五开关阀。
具体实施方式
多孔陶瓷的孔隙率较大，孔径较小，使得其内部的孔道很复杂，在将金属熔液通入至多孔陶瓷内时，金属熔液可能不能够完全充满多孔陶瓷的孔道，并且铸造得到的金属基复合材料中，其孔道内的金属可能出现气孔，从而导致复合材料的强度低。
为了提高复合材料的强度，本申请提供的金属基陶瓷复合材料的制备方法，包括：将金属熔液导入预热至600℃以上的多孔陶瓷中得到复合坯体；然后对复合坯体进行铸造和锻造。
将多孔陶瓷预热至600℃以上，多孔陶瓷的温度较高，在金属熔液进入到多孔陶瓷内以后，金属熔液不会骤然降温，可以避免金属熔液在进入到多孔陶瓷中后骤然凝固，以便金属熔液更加容易充满多孔陶瓷的三维连续的孔道内形成复合坯体。然后对其进行铸造和锻造，金属熔液变成金属基体，金属基体的组织较为致密，从而使制备得到的复合材料的强度更高，且金属与多孔陶瓷之间的结合更好。
可选地，多孔陶瓷的预热温度为800-1000℃，金属熔液的温度为其熔点以上20-100℃。该温度进行多孔陶瓷和金属熔液的配合，可以使金属熔液的流通效果更好，更加容易充满多孔陶瓷的孔道内形成复合坯体。
作为示例性地，多孔陶瓷的预热目标温度为800℃、850℃、900℃、950℃或1000℃；金属熔液的温度为其熔点以上20℃、40℃、60℃、80℃或100℃。
进一步地，多孔陶瓷的原料包括碳化硅、氮化硅、氧化铝、碳化钛和氮化钛中的一种或多种。上述的原料可以和金属熔液固化后形成的金属基体之间具有更好的结合效果。
进一步地，金属可以是铝合金、铜合金和钛合金中的一种或多种，合金熔融以后形成合金熔融液；金属也可以是混合金属，两种或多种混合金属熔融以后，形成金属混合熔融液，例如：金属铝和金属铜混合以后，一起熔融形成混合熔融液，后续导入多孔陶瓷中，进行金属基体的制备；在其他实施例中，金属也可以是单一金属，形成纯金属熔液，然后入多孔陶瓷中，进行金属基体的制备。本申请不做限定。
本申请中，如果多孔陶瓷的孔道三维连通，多孔陶瓷的孔隙率为40％-90％，多孔陶瓷的孔径为50μm-5mm，由于该多孔陶瓷的孔隙率较高，且孔径较小，所以，金属熔液不容易全部充满多孔陶瓷的孔道中。所以，本申请中，先使多孔陶瓷的孔道处于真空状态，然后通过压差的方式将金属熔液注入处于真空状态的多孔陶瓷内。
多孔陶瓷的孔道处于真空状态以后，再注入金属熔液，金属熔液充满孔道的阻力减小，可以使金属熔液更加均匀充满至多孔陶瓷内，可以在一定程度上减少金属基体中产生的孔洞，以便进一步增加复合材料的强度。
本申请中，在对复合坯体进行铸造和锻造时，复合坯体的环境压力为100-350KPa。在对材料进行铸造和锻造的过程中，除了本身铸造和锻造施加的机械压力以外，还在真空条件下的环境压力下对复合坯体进行作用，可以使得到的复合材料的强度更高，金属基体与多孔陶瓷之间的结合效果更好。
作为示例性地，在铸造和锻造的过程中，复合坯体的环境压力为100KPa、200KPa、300KPa或350KPa。
在本申请的部分实施例中，锻造时金属熔液处于半固态状态，锻造的压力为5-100MPa。处于半固态状态的金属熔液基本不能够流动，但是，当外界环境提供压力时，其可以发生一定的变形，此时，对其进行锻造，可以使金属基体的组织更加紧密，且可以使锻压后的金属基体与多孔陶瓷之间的结合效果更好。
作为示例性地，锻造的压力为5MPa、10MPa、20MPa、40MPa、60MPa、80MPa或100MPa。
经过上述方法制备得到的金属基陶瓷复合材料由多孔陶瓷和位于多孔陶瓷内的金属基体构成，多孔陶瓷的孔道三维连通，多孔陶瓷内的金属基体三维连通，且多孔陶瓷的孔隙率为40％-90％，多孔陶瓷的孔径为50μm-5mm，且金属基陶瓷复合材料的致密度大于99.5％。
为了使金属熔液进液、复合坯体的铸造和锻造均在同一装置进行，本申请提供了一种真空铸锻一体成型装置，前述的制备方法可以依托于该装置进行，图1为本实施例提供的真空铸锻一体成型装置的第一结构示意图。请参阅1，本实施例中，该装置包括铸造组件110、进液组件120、气路组件130、锻造组件140和架体160。其中，锻造组件140设置于架体160。
本申请中，锻造组件140包括驱动装置141(例如：锻压缸)和冲头142，驱动装置141驱动连接冲头142，驱动装置141的上端设置于架体160。铸造组件110包括模具111、第二腔室112和第一加热装置113(例如：感应加热装置)，模具111设置于第二腔室112内，第二腔室112与模具111的模腔连通。多孔陶瓷放置在模具111的模腔中以后，感应加热装置设置于模具111外，用于对模具111和模具111内的多孔陶瓷进行预热。模具111上具有通孔，冲头142穿过第二腔室112的室壁并活动嵌设于通孔。
图2为本实施例提供的模具111的结构示意图。请参阅图1和图2，模具111包括动模架1111和动模芯1112，动模芯1112设置于动模架1111内，动模架1111和动模芯1112上均设置有通孔，冲头142穿过动模架1111的通孔，且冲头142用于作用于动模芯1112和动模芯1112内的复合坯体。
进一步地，冲头142包括连接头143、连接杆144和作用头145，连接杆144的两端分别连接作用头145和连接头143，且连接头143位于第二腔室112外，驱动装置141驱动连接连接头143的远离作用头145的一端，连接杆144穿过第二腔室112的室壁，以及动模架1111的通孔，作用头145位于动模架1111内，且用于作用于动模芯1112和动模芯1112内的复合坯体。
作用头145的靠近复合坯体的一表面为作用面1451，作用面1451的周缘用于作用于动模芯1112，作用面1451的中部凸出面朝向定模芯1114的方向凸出周缘，且用于作用于复合坯体。
请继续参阅图1和图2，模具111还包括定模架1113和定模芯1114，定模架1113固定于第二腔室112的底壁，定模芯1114设置于定模架1113内。进液组件120包括盛放容器121(该盛放容器121为敞口容器，例如：坩埚)、第一腔室122、进液管123和第二加热装置124(例如：电阻丝加热装置)，坩埚设置于第一腔室122内，坩埚内装放有金属熔液，电阻丝加热装置设置于坩埚外，用于对坩埚内的金属熔液进行加热或保温，避免金属熔液凝固。进液管123的两端分别位于第二腔室112和第一腔室122内，进液管123的一端用于插入坩埚装放的金属熔液内，进液管123的另一端连接于模具111且与模腔连通，进液管123的远离坩埚的一端穿过定模架1113并连接于定模芯1114，且与定模芯1114和动模芯1112之间的模腔连通。气路组件130与第二腔室112和第一腔室122均连通，气路组件130能够对第一腔室122抽真空，且气路组件130能够控制第二腔室112内的压力小于第一腔室122的压力，第二腔室112和第一腔室122之间存在压差，第一腔室122的压力会将坩埚内的金属熔液压入进液管123中，通过进液管123以后进入到定模芯1114上的多孔陶瓷的孔洞中，以通过压差的方式实现金属熔液的进液。
可选地，电阻丝加热装置包括多个，多个电阻丝加热装置均设置在坩埚外，以便对坩埚内的金属熔液进行加热和保温。需要说明的是：第一加热装置113和第二加热装置124可以是同种类加热器件，也可以是不同种类的加热器件，本申请不做限定。
如果坩埚中的金属熔液通过进液管123以后，较多进入到多孔陶瓷中，那么，该进液管123的远离定模芯1114的端部可能会露出金属熔液，导致不能够持续进液的问题。所以，本申请中，在坩埚的下方设置有升降装置125，通过该升降装置125可以使坩埚上升或下降，以使进液管123的远离定模芯1114的端部保持没入金属熔液的状态。可选地，升降装置125可以是气缸或液压缸控制坩埚的升降。
可选地，定模芯1114的靠近动模芯1112的表面设置有流液槽(图未示出)，进液管123的远离盛放容器121的一端设置于流液槽。定模芯1114的内部大概形成一个凹槽结构，该凹槽结构的壁(包括底壁和围合侧壁)的表面上均设置有流液槽，在进入金属熔液进入到定模芯1114和动模芯1112形成的模腔内的时候，相较于多孔陶瓷，流液槽对金属熔液的阻力较小，可以使金属熔液大部分先进入到流液槽内并充满流液槽，然后再从多孔陶瓷的周围孔洞进入到多孔陶瓷的内部，可以使金属熔液的进液更加快速均匀，并且容易使多孔陶瓷的内部充满金属熔液，以便后续的铸造和锻造工艺的进行。
请继续参阅图1，第二腔室112为上腔室，第一腔室122为下腔室，上腔室位于下腔室的正上方，上腔室的大小和下腔室的大小可以相同，也可以不同，本申请不做限定。上腔室的底壁和下腔室的顶壁可以共用一个隔板，进液管123穿过该隔板，通过压差的方式，将下腔室中的坩埚内的金属熔液压入上腔室中的模具111中的多孔陶瓷内。
本申请中，气路组件130与进液组件120的第一腔室122和铸造组件110的第二腔室112均连通，气路组件130能够调节第一腔室122的压力与第二腔室112内的压力，使第一腔室122内的压力大于第二腔室112内的压力，以通过压差将坩埚中的金属熔液压入至多孔陶瓷内进行填充，气路组件130能够对第二腔室112和第一腔室122保压，以使后续的铸造和锻造过程的效果更好，使组织更加紧密，金属与多孔陶瓷之间的结合更好。
图3为本申请实施例提供的气路组件130的管路示意图。请参阅图1和图3，可选地，气路组件130包括储气罐131、第一管路132、第二管路133、第三管路134和真空泵135，第二腔室112设置有第一进气口1121，第一腔室122设置有第二进气口1221，第一管路132的两端分别连接第一进气口1121和储气罐131，第二管路133的两端分别连接第二进气口1221和储气罐131，第三管路134分别连通第一进气口1121和第二进气口1221，且真空泵135设置于第三管路134，第一管路132、第二管路133和第三管路134上均设置有阀门，以控制第一腔室122的压力大于第二腔室112的压力，实现压差进液。
如图1和图3所示，第一管路132和第二管路133均为横向设置的管路，第三管路134为基本竖向设置的管路，第三管路134与第一管路132通过第一三通管136连通，第三管路134与第二管路133通过一个第一四通管137连通，第三管路134的远离腔室的端部设置有真空泵135，第三管路134上还通过第二三通管139连接有支管138，该支管138用于泄压。
本申请中，第一管路132上设置有第一开关阀151和第一调节阀152，第一开关阀151和第一调节阀152均设置于第一三通管136和储气罐131之间；第二管路133上设置有第二开关阀153和第二调节阀154，第二开关阀153和第二调节阀154均设置于第一四通管137和储气罐131之间；第三管路134上设置有第三开关阀155和第四开关阀156，第三开关阀155位于第一三通管136和第一四通管137之间，第四开关阀156位于第二三通管139和真空泵135之间，支管138上设置有第五开关阀157。
基于上述装置，本申请提供的金属基陶瓷复合材料的制备方法如下：
(1)、将多孔陶瓷预热至800-1000℃，将通过第一加热装置113将模具111预热至600-800℃，将预热后的多孔陶瓷置于预热后的模具111内。
(2)、将金属加热至其熔点以上20-100℃形成金属熔液，将金属熔液置于盛放容器121内，且进液管123的远离模具111的一端浸没至金属熔液内。此时，第二加热装置124工作，使盛放容器121内的金属熔液能够持续保温。
(3)、通过气路组件130先对第一腔室122和模具111的模腔抽真空，然后控制第一腔室122内的压力大于模腔内的压力，使金属熔液压入浸没管中，并通过浸没管进入到模具111内的多孔陶瓷内。
可选地，通过气路组件130对第一腔室122和第二腔室112抽真空，使第一腔室122和第二腔室112内的真空度为10-800Pa。
例如：打开第三开关阀155和第四开关阀156，关闭其它阀门，打开真空泵135，对第二腔室112和第一腔室122进行抽真空处理，使第二腔室112和第一腔室122内的真空度为10-800Pa。
可选地，通过气路组件130对第一腔室122充气，使第一腔室122的压力增大至100-200KPa，使金属熔液压入浸没管中，并通过浸没管进入到多孔陶瓷内。
例如：打开第二开关阀153和第二调节阀154，关闭其它阀门，储气罐131中的气体通过第二管路133从第二进气口1221进入到第一腔室122内，第一腔室122中的压力增加使盛放容器121中的金属熔液通过升液管充型至多孔陶瓷中，此时第一腔室122和第二腔室112之间的压差为100-200KPa。
可选地，通过气路组件130对第一腔室122和第二腔室112充气，使第一腔室122和第二腔室112中的压力同步增大，且第一腔室122和第二腔室112的压差恒定为200-300KPa，当第二腔室112内的压力升至100-350KPa时进行保压。
例如：打开第一开关阀151和第一调节阀152，第二开关阀153和第二调节阀154也打开，关闭其它阀门，储气罐131中的气体通过第一管路132从第一进气口1121进入到第二腔室112内，通过第一调节阀152调节第二腔室112的升压速率，并通过第二调节阀154调节第一腔室122的升压速率，以使第二腔室112和第一腔室122在升压的过程中压差恒定为200-300KPa，当第二腔室112内的压力升至100-350KPa时进行保压。
(4)、当多孔陶瓷内的金属处于半固态时，控制驱动装置141驱动冲头142，穿过通孔并作用于多孔陶瓷以及多孔陶瓷内的金属，以对其进行锻造。
可选地，当多孔陶瓷内的金属熔液处于半固态状态时，在保压条件下使用冲头142施加5-100MPa的压力，以对模具111内的多孔陶瓷以及多孔陶瓷内的金属进行锻造。
(5)、当多孔陶瓷内的金属温度降低至低于其熔点300℃以下，通过气路组件130对第一腔室122和第二腔室112卸压。
例如：将第一开关阀151、第一调节阀152、第二开关阀153、第二调节阀154以及第四开关阀156关闭，打开第三开关阀155和第五开关阀157进行卸压。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
该实施例是基于前述的真空铸锻一体成型装置进行的。
铝基碳化硅复合材料的制备方法包括：
(1)将孔径为5mm，孔隙率为70％的多孔碳化硅陶瓷预制体加热至800℃；A356铝合金加热至750℃。
(2)将预热20min的多孔陶瓷预制件置于成型模具111中，随后将成型模具111和熔铝坩埚分别置于上腔室和下腔室中；开动气路组件130使下腔室和上腔室中的陶瓷预制体的压力达到10Pa。
(3)储气罐131中的气体进入下腔室，下腔室中的压力增大至100KPa使坩埚中的铝合金熔液通过升液管充型到模具111内的多孔陶瓷预制件中，储气罐131中的气体进入上腔室，调节压差，保证上腔室和下腔室在升压过程中的压差恒定为300KPa。当上腔室的压力达到200KPa时停止充压。
(4)当多孔陶瓷预制件内的铝合金处于半固态时，锻压缸工作，冲头142对多孔陶瓷预制件及其内部的铝合金进行锻压操作，锻造压力为50MPa。
(5)待多孔陶瓷预制件内的铝合金温度降至低于金属熔点300℃时卸压，取出成型模具111进行脱模，获得孔结构均匀分布的三维连通陶瓷和三维连通的金属构建而成的铝基碳化硅复合材料，制备的复合材料抗拉强度为500MPa(金属材料拉伸强度测试标准)，致密度为99.8％(阿基米德排水法)。
图4为本实施例提供的金属基陶瓷复合材料的SEM图，从图4可以看出，黑色部分为多孔陶瓷，灰色部分为铝基材料，铝基材料全部填充在多孔陶瓷的孔洞内，孔洞中基本不存在孔隙，说明该复合材料的致密度较高。
实施例2
该实施例是基于前述的真空铸锻一体成型装置进行的。
铜基氮化钛复合材料的制备方法包括：
(1)将孔径为1mm，孔隙率为40％的多孔氮化钛陶瓷预制体加热至1000℃；青铜合金加热至1020℃。
(2)将预热10min的多孔陶瓷预制件置于成型模具111中，随后将成型模具111和熔铝坩埚分别置于上腔室和下腔室中；开动气路组件130使下腔室和上腔室中的陶瓷预制体的压力达到100Pa。
(3)储气罐131中的气体进入下腔室，下腔室中的压力增大至200KPa使坩埚中的青铜合金熔液通过升液管充型到模具111内的多孔陶瓷预制件中，储气罐131中的气体进入上腔室，调节压差，保证上腔室和下腔室在升压过程中的压差恒定为200KPa。当上腔室的压力达到210KPa时停止充压。
(4)当多孔陶瓷预制件内的青铜合金处于半固态时，锻压缸工作，冲头142对多孔陶瓷预制件及其内部的青铜合金进行锻压操作，锻造压力为10MPa。
(5)待多孔陶瓷预制件内青铜合金内温度降至低于金属熔点400℃时卸压，取出成型模具111进行脱模，获得孔结构均匀分布的三维连通陶瓷和三维连通的金属构建而成的铜基氮化钛复合材料，制备的复合材料抗拉强度为450MPa，致密度为99.6％。
实施例3
该实施例是基于前述的真空铸锻一体成型装置进行的。
钛基氧化铝复合材料的制备方法包括：
(1)将孔径为1mm，孔隙率为60％的多孔氧化铝陶瓷预制体加热至12000℃；TC4合金加热至1500℃。
(2)将预热30min的多孔陶瓷预制件置于成型模具111中，随后将成型模具111和熔铝坩埚分别置于上腔室和下腔室中；开动气路组件130使下腔室和上腔室中的陶瓷预制体的压力达到50Pa。
(3)储气罐131中的气体进入下腔室，下腔室中的压力增大至150KPa使坩埚中的TC4合金熔液通过升液管充型到模具111内的多孔陶瓷预制件中，储气罐131中的气体进入上腔室，调节压差，保证上腔室和下腔室在升压过程中的压差恒定为250KPa。当上腔室的压力达到220KPa时停止充压。
(4)当多孔陶瓷预制件内的TC4合金处于半固态时，锻压缸工作，冲头142对多孔陶瓷预制件及其内部的TC4合金进行锻压操作，锻造压力为100MPa。
(5)待多孔陶瓷预制件内青铜合金内温度降至低于金属熔点500℃时卸压，取出成型模具111进行脱模，获得孔结构均匀分布的三维连通陶瓷和三维连通的金属构建而成的钛基氧化铝复合材料，制备的复合材料抗拉强度为900MPa，致密度为99.5％。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于：对比例1不进行锻压，其他制备方法步骤一致。得到的复合材料抗拉强度为320MPa，致密度为97.5％。说明不进行锻压，复合材料的抗拉强度降低，致密度偏低。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种金属基陶瓷复合材料，其特征在于，由多孔陶瓷和位于所述多孔陶瓷内的金属基体构成，所述多孔陶瓷的孔道三维连通，所述多孔陶瓷内的金属基体三维连通，所述多孔陶瓷的孔隙率为40％-90％，所述多孔陶瓷的孔径为50μm-5mm。
2.根据权利要求1所述的金属基陶瓷复合材料，其特征在于，所述金属基陶瓷复合材料的致密度大于99.5％。
3.根据权利要求1所述的金属基陶瓷复合材料，其特征在于，所述金属基体包括铝合金、铜合金和钛合金中的一种或多种；
或/和，所述多孔陶瓷的原料包括碳化硅、氮化硅、氧化铝、碳化钛和氮化钛中的一种或多种。
4.一种权利要求1-3任一项所述的金属基陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
将金属熔液导入预热的多孔陶瓷中得到复合坯体；然后对所述复合坯体进行铸造和锻造；其中，所述多孔陶瓷的预热温度在600℃以上。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，将金属熔液导入预热的多孔陶瓷的方法，包括：先使所述多孔陶瓷的孔道处于真空状态，然后通过压差的方式将所述金属熔液注入处于真空状态的所述多孔陶瓷内。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在对所述复合坯体进行铸造和锻造时，所述复合坯体的环境压力为100-350KPa。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述锻造时金属熔液处于半固态状态，所述锻造的压力为5-100MPa。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述多孔陶瓷的预热温度为800-1000℃。
9.根据权利要求4-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法在真空铸锻一体成型装置中进行；所述真空铸锻一体成型装置包括：铸造组件、进液组件、气路组件和锻造组件；
所述铸造组件包括模具，所述模具上具有通孔；
所述进液组件包括盛放容器、第一腔室和进液管，所述盛放容器设置于所述第一腔室内，所述进液管的一端设置于所述盛放容器内，另一端于所述模具内的腔室连通；
所述锻造组件包括驱动装置和冲头，所述驱动装置驱动连接所述冲头，所述冲头活动嵌设于所述通孔，
所述制备方法包括：
将所述多孔陶瓷预热至800-1000℃，将所述模具预热至600-800℃，将预热后的所述多孔陶瓷置于预热后的所述模具内；
将所述金属加热至其熔点以上20-100℃形成金属熔液，将所述金属熔液置于所述盛放容器内，且进液管的远离所述模具的一端浸没至所述金属熔液内；
通过所述气路组件先对所述第一腔室和所述模具的模腔抽真空，然后控制所述第一腔室内的压力大于所述模腔内的压力，使所述金属熔液压入浸没管中，并通过所述浸没管进入到所述模具内的所述多孔陶瓷内；
当所述多孔陶瓷内的金属处于半固态时，控制所述驱动装置驱动所述冲头，穿过所述通孔并作用于所述多孔陶瓷以及所述多孔陶瓷内的金属，以对其进行锻造。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述铸造组件还包括第二腔室，所述模具设置于所述第二腔室内，所述第二腔室与所述模具的模腔连通，所述制备方法包括：
通过所述气路组件对所述第一腔室和所述第二腔室抽真空，使所述第一腔室和所述第二腔室内的真空度为10-800Pa；
通过所述气路组件对所述第一腔室充气，使所述第一腔室的压力增大至100-200KPa，使所述金属熔液压入浸没管中，并通过所述浸没管进入到所述多孔陶瓷内；
通过所述气路组件对所述第一腔室和所述第二腔室充气，使所述第一腔室和所述第二腔室中的压力同步增大，且所述第一腔室和所述第二腔室的压差恒定为200-300KPa，当所述第二腔室内的压力升至100-350KPa时进行保压；
当所述多孔陶瓷内的金属熔液处于半固态状态时，在保压条件下使用冲头施加5-100MPa的压力，以对所述模具内的多孔陶瓷以及所述多孔陶瓷内的金属进行锻造；
当所述多孔陶瓷内的金属温度降低至其熔点300℃以下，通过所述气路组件对所述第一腔室和所述第二腔室卸压。
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