專利名稱：陶瓷柱陣列增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料或部件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及陶瓷/金屬復(fù)合材料及部件制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種陶瓷柱陣列增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料或部件及其制備方法。
背景技術(shù)：
陶瓷與金屬復(fù)合形成的陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料或部件一定程度上可充分發(fā)揮兩類材料的性能優(yōu)勢，如陶瓷材料的高強(qiáng)、高硬、耐磨蝕、耐磨損、耐高溫等特性和金屬材料的高韌性與高延展性，使得其在承載、磨損、高溫、腐蝕環(huán)境下得到廣泛應(yīng)用。陶瓷增強(qiáng)體的均勻性及其在使用過程中的可靠性直接影響陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的使用性能，而其可靠性與陶瓷的增強(qiáng)形式和陶瓷/金屬界面特性密切相關(guān)。目前，陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料中的陶瓷單元主要包括陶瓷顆粒、纖維、晶須、多孔或網(wǎng)絡(luò)陶瓷預(yù)制體等。陶瓷顆粒、纖維和晶須增強(qiáng)相為最常見的增強(qiáng)體，但其在基體中難以達(dá)到較高的體積分?jǐn)?shù)，與金屬復(fù)合形成非連續(xù)界面，易在使用過程中造成增強(qiáng)相脫落。三維網(wǎng)絡(luò)陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料是近年來的研究熱點(diǎn)，但由于網(wǎng)絡(luò)陶瓷在制備上工藝較復(fù)雜，也很難實(shí)現(xiàn)大試樣的制備。如何有效實(shí)現(xiàn)陶瓷增強(qiáng)體的均勻性、提升復(fù)合材料使用過程中增強(qiáng)體的可靠性(直接影響使用壽命)以及降低其制造成本是目前陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料所面臨的主要關(guān)鍵技術(shù)難題。中國專利CN101912957A “網(wǎng)絡(luò)互穿型陶瓷-金屬復(fù)合材料及其制備方法”涉及網(wǎng)絡(luò)互穿型陶瓷增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，但其陶瓷只指SiC陶瓷支架，且該陶瓷也未進(jìn)行任何表面處理。中國專利“SiC陶瓷表面處理方法及其用途”(受理號(hào)201110211637.7)只涉及 SiC陶瓷的TiH2處理，而未涉及其他陶瓷材料的TiH2處理以及SiC陶瓷TiH2處理后進(jìn)一步的鍍Ni或W金屬化。中國專利CNlO 1463182A “一種超微細(xì)壓電陶瓷陣列結(jié)構(gòu)復(fù)合材料及其制備方法”中也提到了陶瓷陣列這個(gè)概念，但該專利的陣列屬于微觀范疇，用于制備功能材料，與本專利采用宏觀陶瓷陣列制備結(jié)構(gòu)材料不同。中國專利ZL200510046691.X “三維網(wǎng)絡(luò)陶瓷-金屬摩擦復(fù)合材料的真空氣壓鑄造方法”中對(duì)三維網(wǎng)絡(luò)陶瓷的骨架采用的表面預(yù)氧化處理、無機(jī)物(為氧化鋁、氧化硅、氧化鉻或其混合物)改性、電鍍包覆或粉末冶金方法擴(kuò)散燒結(jié)一層高熔點(diǎn)金屬，與本專利采用的陶瓷表面金屬化、陶瓷化(包括TiH2處理和熔鹽處理)或陶瓷化+金屬化方法明顯不同。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種陶瓷柱陣列增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料或部件及其制備方法，本發(fā)明采用簡單的工藝形成陶瓷柱陣列，使其作為增強(qiáng)相來增強(qiáng)金屬基體，從而制備得到性能與可靠性均較好的陶瓷/金屬復(fù)合材料或部件。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種陶瓷柱陣列增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料或部件，該復(fù)合材料或部件包括金屬基體2 以及規(guī)則排列在金屬基體2內(nèi)的陶瓷柱I，所述陶瓷柱I與金屬基體2之間形成整體或局部復(fù)合。所述每個(gè)單獨(dú)陶瓷柱I 為單一材質(zhì)，為 Al203、Zr02、Si02、SiC、B4C、Si3N4、TiC、TiN、 TiB2中的一種，所述陶瓷陣列為多個(gè)單一材質(zhì)的陶瓷柱I組成或多個(gè)不同材質(zhì)的陶瓷柱I 組成。所述金屬基體2材質(zhì)為Al合金、Cu合金、Zn合金、Mg合金、Ti合金、鑄鋼或鑄鐵中的一種。一種陶瓷柱陣列增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料或部件的制備方法，包括如下步驟步驟I :陶瓷陣列的固定按照需要的陶瓷柱間距和排布方式，將一種或一種以上陶瓷柱I直接固定于砂型、金屬型或石墨型鑄腔內(nèi)，或采用石墨或金屬板將一種或一種以上陶瓷柱I輔助固定于砂型、金屬型或石墨型鑄腔內(nèi)。步驟2 :金屬鑄造采用重力鑄造或負(fù)壓鑄造技術(shù)將熔融金屬澆注于設(shè)有陶瓷柱陣列的鑄腔內(nèi)，將陶瓷陣列與金屬復(fù)合為一體。步驟I所述的陶瓷陣列固定之前對(duì)陶瓷柱采用表面金屬化、陶瓷化或陶瓷化+金屬化方法中的一種對(duì)陶瓷材料進(jìn)行表面預(yù)處理。所述的陶瓷柱表面金屬化為采用Al2O3陶瓷柱的燒結(jié)金屬化，再鍍Ni和燒Ni處理，其工藝為將球磨好的混合粉末中位徑為I. 642微米、質(zhì)量比為70 12 10.5 7.5 的Μο、Μη0、Α1203和5丨02金屬化混合粉末、草酸乙二酯和膠棉溶液按比例為5g 6ml 5ml, 調(diào)制得到的Mo-Mn金屬化膏劑涂敷于清洗后的Al2O3陶瓷柱表面，待干燥后置于H2爐中緩慢升溫至1450°C，保溫30-60min進(jìn)行燒結(jié)金屬化處理，然后再進(jìn)行鍍Ni，最后在溫度為 1000°C的真空爐中保溫60min進(jìn)行燒結(jié)Ni處理。所述的陶瓷柱表面陶瓷化包括對(duì)Al2O3陶瓷柱的熔鹽處理，其工藝為先將陶瓷柱埋于質(zhì)量比為I : I的NiSO4 ·6Η20和Na2SO4的混合鹽中，然后加熱至900°C，保溫60min使 NiSO4熔化和分解，以在Al2O3表面形成含NiO的陶瓷層，然后冷卻，再用水煮洗掉陶瓷表面的鹽即可。所述的陶瓷柱表面陶瓷化也包括對(duì)A1203、ZrO2, SiO2, SiC、B4C或Si3N4陶瓷采用 TiH2處理，其工藝為將球磨好的中位徑為2. 785微米的TiH2粉末、草酸乙二酯和膠棉溶液按比例為5g 4ml 4ml制備好的TiH2膏劑涂敷于清洗后的陶瓷柱表面，待干燥后置于溫度為1000-1200°C真空爐中保溫15-60min，以在陶瓷表面形成含TiC的陶瓷層。所述的陶瓷表面陶瓷化+金屬化工藝為先對(duì)Al2O3、ZrO2、SiO2、SiC、B4C或Si3N4陶瓷柱采用TiH2處理，再進(jìn)行鍍W或Ni。采用TiH2處理的工藝為將球磨好的中位徑為2. 785 微米的TiH2粉末、草酸乙二酯和膠棉溶液按比例為5g 4ml 4ml制備好的TiH2膏劑涂敷于清洗后的陶瓷柱表面，待干燥后置于溫度為1000-1200°C真空爐中保溫15-60min。步驟2根據(jù)澆注金屬材料的不同，采用相應(yīng)不同的鑄造工藝，對(duì)于Al及其合金采用金屬型重力鑄造工藝，澆注溫度為730-780°C ;對(duì)于鋼鐵材料采用砂型重力鑄造工藝，澆注溫度為1400°C ;對(duì)于Cu及其合金采用金屬型重力鑄造工藝，澆注溫度為1100°C ;對(duì)于Mg 合金采用金屬型負(fù)壓鑄造工藝，澆注溫度為70(TC;對(duì)于Zn合金采用金屬型負(fù)壓鑄造工藝， 澆注溫度為1080°C，對(duì)于Ti合金采用金屬型負(fù)壓鑄造工藝，澆注溫度為1800°C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是能夠制備不同陶瓷含量，不同陶瓷種類， 不同陶瓷分布的陶瓷宏觀增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料或部件，體積含量最高可達(dá)70% ;可實(shí)現(xiàn)金屬基復(fù)合材料中陶瓷增強(qiáng)體的宏觀均勻性，對(duì)陶瓷進(jìn)行TiH2處理后，再進(jìn)行鍍W或Ni處理， 能夠獲得更優(yōu)良的陶瓷/金屬界面結(jié)合，有利于提高復(fù)合材料在服役過程中的可靠性。另外，制備工藝簡單、經(jīng)濟(jì)，制備的復(fù)合材料或部件也特別適合摩擦磨損領(lǐng)域，其耐磨性能比金屬基體材料可提聞25%以上。


圖I是整體復(fù)合的陶瓷柱陣列增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料示意圖，其中圖1(a)為復(fù)合材料俯視圖；圖1(b)為復(fù)合材料俯視圖沿A-A向剖面圖。圖2是局部復(fù)合的陶瓷柱陣列增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料示意圖，其中圖2(a)為復(fù)合材料俯視圖；圖2(b)為復(fù)合材料俯視圖沿B-B向剖面圖。圖3是局部復(fù)合的陶瓷柱陣列增強(qiáng)金屬基復(fù)合部件示意圖，其中圖3(a)為復(fù)合部件俯視圖；圖3(b)為復(fù)合部件俯視圖沿C-C向剖面圖。圖中，I、陶瓷柱；2、金屬基體。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖I、圖2和圖3所示，本發(fā)明陶瓷柱陣列增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料或部件，該復(fù)合材料或部件包括金屬基體2以及規(guī)則排列在金屬基體2內(nèi)的陶瓷柱1，所述陶瓷柱I與金屬基體2之間形成整體或局部復(fù)合；其中圖I為整體復(fù)合的陶瓷陣列增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，圖2 為局部復(fù)合的陶瓷陣列增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，圖3為局部復(fù)合的陶瓷陣列增強(qiáng)金屬基復(fù)合部件。每個(gè)單獨(dú)陶瓷柱 I 為單一材質(zhì)，為 Al203、Zr02、Si02、SiC、B4C、Si3N4、TiC、TiN、TiB2 中的一種，陶瓷陣列為多個(gè)單一材質(zhì)的陶瓷柱I組成或多個(gè)不同材質(zhì)的陶瓷柱I組成；金屬基基體材質(zhì)為Al、Cu、Fe、Zn、Mg、Ti及其合金中的一種。實(shí)施例IAl2O3陶瓷柱陣列整體增強(qiáng)Al基復(fù)合材料的制備方法步驟I :陶瓷柱的預(yù)處理首先將尺寸為02mmx5O mm的Al2O3陶瓷柱進(jìn)行清洗，再采用經(jīng)球磨好的混合粉末中位徑為I. 642微米的質(zhì)量比為70 12 10. 5 7. 5的 Μο、Μη0、Α1203和5丨02金屬化混合粉末、草酸乙二酯和膠棉溶液按比例為5g 6ml 5ml調(diào)制好的Mo-Mn金屬化膏劑涂敷于清洗后的Al2O3陶瓷柱表面，待干燥后置于氫氣爐1450°C， 保溫50min進(jìn)行金屬化處理，然后再進(jìn)行電鍍或化學(xué)鍍5-10 μ m的Ni，最后在溫度為 1000°C的真空爐中保溫60min進(jìn)行燒結(jié)Ni處理。步驟2 :陶瓷陣列的固定將金屬化好的Al2O3陶瓷柱按照中心間距為8mm進(jìn)行規(guī)則排布，直接插入固定于砂型底部。步驟3 :金屬鑄造在730°C左右的澆注溫度下，采用重力鑄造方法將Al合金(牌號(hào)為7A04)澆注于設(shè)有Al2O3陶瓷柱陣列且預(yù)熱好的砂型內(nèi)，將陶瓷陣列與Al合金復(fù)合為一體。實(shí)施例2Al2O3陶瓷柱陣列整體增強(qiáng)Al基復(fù)合材料的制備方法步驟I :陶瓷柱的預(yù)處理首先將尺寸為04mmx6Omm的Al2O3陶瓷柱進(jìn)行清洗，再將陶瓷柱埋于質(zhì)量比為I : I的NiSO4 ·6Η20和Na2SO4混合鹽中，然后加熱至900°C保溫 60分鐘使NiSO4熔化和分解，然后冷卻，再用水煮洗去掉陶瓷表面的鹽即可。步驟2 :陣列的固定將預(yù)處理好的Al2O3陶瓷柱按中心間距為IOmm進(jìn)行交替排布，并直接插入固定于砂型底部。步驟3 :金屬鑄造在780°C的澆注溫度下，采用負(fù)壓鑄造方法將熔融Al合金(牌號(hào)為ZL104)澆注于設(shè)有陶瓷柱陣列且預(yù)熱好的金屬鑄型內(nèi)，將陶瓷陣列與Al合金復(fù)合為一體。實(shí)施例3A1203、ZrO2和SiO2陶瓷柱陣列整體增強(qiáng)Mg基復(fù)合材料的制備方法步驟I :陶瓷柱的預(yù)處理首先將尺寸為03mmx6Omm的Al203、Zr0和SiO2陶瓷柱進(jìn)行清洗，再采用球磨好的中位徑為2. 785微米的TiH2粉末、草酸乙二酯和膠棉溶液按比例為5g 4ml 4ml調(diào)制好的TiH2膏劑涂敷于清洗后的三種陶瓷柱表面，待干燥后置于真空爐中1000°C，保溫30min處理。步驟2 :陣列的固定將預(yù)處理好的A1203、ZrO2和SiO2陶瓷柱按中心間距為IOmm
進(jìn)行交替排布，并直接插入固定于砂型底部。(3)金屬鑄造在700°C左右的澆注溫度下，采用負(fù)壓鑄造方法將熔融Mg合金(牌號(hào)為AZ91D)澆注于設(shè)有陶瓷柱陣列且預(yù)熱好的金屬鑄型內(nèi)，將陶瓷陣列與Mg合金復(fù)合為一體。實(shí)施例4SiC陶瓷柱陣列整體增強(qiáng)Zn基復(fù)合材料的制備方法:步驟I:陶瓷柱的預(yù)處理將尺寸為06mmx8Omm的SiC陶瓷柱進(jìn)行清洗，不再經(jīng)過進(jìn)一步的表面處理。步驟2 :陶瓷陣列的固定先在石墨板一正面上加工孔陣列，其中孔直徑為6mm、深度為10mm、孔間距為15mm，然后將SiC陶瓷柱插入所有孔中，形成SiC陶瓷陣列。步驟3 :金屬鑄造在1080°C的澆注溫度下，采用負(fù)壓鑄造法將Zn合金(牌號(hào)為 ZA27)澆注入附有SiC陶瓷陣列的砂型之中，將陶瓷陣列與Zn合金復(fù)合為一體。實(shí)施例5SiC陶瓷柱陣列整體增強(qiáng)Cu基復(fù)合材料的制備步驟I :陶瓷柱的預(yù)處理首先將尺寸為05mmx6Omm的SiC陶瓷柱進(jìn)行清洗，再采用球磨好的中位徑為2. 785微米的TiH2粉末、草酸乙二酯和膠棉溶液按比例為 5g 4ml 4ml調(diào)制好的TiH2膏劑涂敷于清洗后的三種陶瓷柱表面，待干燥后置于真空爐中1200°C，保溫15min處理，然后進(jìn)行化學(xué)鍍或電鍍5_10 μ m的Ni膜，或再進(jìn)一步進(jìn)行 IOOO0C，60min 的燒 Ni 處理。步驟2 :陶瓷陣列的固定先在灰口鑄鐵板一正面上加工孔陣列，其中孔直徑為 5mm、深度為10mm、孔間距為15臟，然后將SiC陶瓷柱插入所有孔中，形成SiC陶瓷陣列。步驟3 :金屬鑄造在1100°C的澆注溫度下，采用重力鑄造法將ZQA19-4鋁鐵青銅澆注入附有SiC陶瓷陣列的鑄鐵金屬型之中，將陶瓷陣列與鋁鐵青銅復(fù)合為一體。實(shí)施例6Si3N4陶瓷柱陣列局部增強(qiáng)Fe基復(fù)合材料的制備
步驟I :陶瓷柱的預(yù)處理首先將尺寸為06mmx2Omm的Si3N4陶瓷柱進(jìn)行清洗， 再經(jīng)過采用球磨好的中位徑為2. 785微米的TiH2粉末、草酸乙二酯和膠棉溶液按比例為 5g 4ml 4ml調(diào)制好的TiH2膏劑涂敷于清洗后的三種陶瓷柱表面，待干燥后置于真空爐中1000°C，保溫60min處理，然后再進(jìn)行化學(xué)鍍3 5 μ m的W膜。步驟2 :陶瓷陣列的固定先在灰口鑄鐵板一正面上加工孔陣列，其中孔直徑為 6mm、深度為10mm、孔間距為20臟，然后將Si3N4陶瓷柱插入所有孔中，形成Si3N4陶瓷陣列。步驟3:金屬鑄造在1400 °C的澆注溫度下，采用重力鑄造法將高鉻鑄鐵 (3Crl4Mn4B)澆注入附有Si3N4陶瓷陣列的砂型之中，將陶瓷陣列與高鉻鑄鐵復(fù)合形成陶瓷局部增強(qiáng)金屬復(fù)合材料。實(shí)施例7SiC陶瓷柱陣列局部增強(qiáng)鑄鐵基復(fù)合環(huán)形部件的制備步驟I :陶瓷柱的預(yù)處理首先將尺寸為01Ommx2Omm的SiC陶瓷柱進(jìn)行清洗，再采用球磨好的中位徑為2. 785微米的TiH2粉末、草酸乙二酯和膠棉溶液按比例為 5g 4ml 4ml調(diào)制好的TiH2膏劑涂敷于清洗后的三種陶瓷柱表面，待干燥后置于真空爐中1100°C，保溫30min處理，然后再進(jìn)行磁控濺射鍍I μ m的W膜。步驟2 :陶瓷陣列的固定將步驟I表面處理好的SiC陶瓷柱按中心間距為25mm
直接固定與環(huán)形砂型外壁。步驟3 :金屬鑄造在1400°C的澆注溫度下，采用重力鑄造法將耐熱鋼 (ZG30Cr7Si2)澆注入附有SiC陶瓷陣列的砂型之中，將陶瓷陣列與耐熱鋼復(fù)合為一體。實(shí)施例8SiC和B4C陶瓷柱陣列局部增強(qiáng)鋼基復(fù)合部件的制備步驟I :陶瓷柱的預(yù)處理首先將尺寸為06mmx2Omm的SiC和B4C陶瓷柱進(jìn)行清洗，再采用球磨好的中位徑為2. 785微米的TiH2粉末、草酸乙二酯和膠棉溶液按比例為 5g 4ml 4ml調(diào)制好的TiH2膏劑涂敷于清洗后的兩種陶瓷柱表面，待干燥后置于真空爐中1000°C，保溫30min處理，然后再進(jìn)行化學(xué)鍍3_5 μ m的W膜。步驟2 :陶瓷陣列的固定將上述表面處理好的SiC和B4C陶瓷柱按中心間距為 15mm :交替固定于圓形砂型側(cè)壁。步驟3 :金屬鑄造在1400°C的澆注溫度下，采用重力鑄造法將高錳鋼 (ZGMnl8Cr2)澆注入附有SiC陶瓷陣列的砂型之中，將陶瓷陣列與高錳鋼復(fù)合為一體。實(shí)施例9TiN, TiC和TiB2陶瓷柱陣列整體增強(qiáng)Ti基復(fù)合材料的制備:步驟I:陶瓷柱的預(yù)處理首先將尺寸為04mmX60mm的TiN、TiC和TiB2陶瓷柱進(jìn)行清洗，不再經(jīng)過進(jìn)一步的表面預(yù)處理。步驟2 :陶瓷陣列的固定先在方形石墨型底部加工孔陣列，其中孔直徑為4_、深度為10mm、孔間距為15mm，然后將TiN、TiC和TiB2陶瓷柱交替插入所有孔中，形成陶瓷陣列。步驟3 :金屬鑄造在約1800°C的澆注溫度下，采用負(fù)壓鑄造法(即石墨型精密鑄造法)將Ti合金(Ti-6A1-4V)澆注入附有TiN、TiC和TiB2陶瓷陣列的石墨型之中，將陶瓷陣列與Ti合金復(fù)合為一體。
本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方案，上述的具體實(shí)施方案僅僅是示意性的、 指導(dǎo)性的、而不是限制性的，如也可采用不同的陶瓷種類或組合、金屬基體材料、鑄造工藝制備具有不同陶瓷增強(qiáng)位置的陶瓷陣列增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料或部件。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷柱陣列增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料或部件，其特征在于該復(fù)合材料或部件包括金屬基體(2)以及規(guī)則排列在金屬基體(2)內(nèi)的陶瓷柱(I)，所述陶瓷柱(I)與金屬基體(2)之間形成整體或局部復(fù)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料或部件，其特征在于所述每個(gè)單獨(dú)陶瓷柱(I)為單一材質(zhì)，為 Al2O3' ZrO2, Si02、SiC, B4C、Si3N4' TiC, TiN, TiB2 中的一種，所述陶瓷陣列為多個(gè)單一材質(zhì)的陶瓷柱(I)組成或多個(gè)不同材質(zhì)的陶瓷柱(I)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料或部件，其特征在于所述金屬基體(2)材質(zhì)為Al 合金、Cu合金、Zn合金、Mg合金、Ti合金、鑄鋼或鑄鐵中的一種。
4.權(quán)利要求I至3任一項(xiàng)所述復(fù)合材料或部件的制備方法，其特征在于包括如下步驟步驟I :陶瓷陣列的固定按照需要的陶瓷柱間距和排布方式，將一種或一種以上陶瓷柱(I)直接固定于砂型、金屬型或石墨型的鑄腔內(nèi)，或采用石墨或金屬板將一種或一種以上陶瓷柱(I)輔助固定于砂型、金屬型或石墨型的鑄腔內(nèi)；步驟2 :金屬鑄造采用重力鑄造或負(fù)壓鑄造技術(shù)將熔融金屬澆注于設(shè)有陶瓷柱陣列的鑄腔內(nèi)，將陶瓷陣列與金屬復(fù)合為一體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于步驟I所述的陶瓷陣列固定之前對(duì)陶瓷柱采用表面金屬化、陶瓷化或陶瓷化+金屬化方法中的一種對(duì)陶瓷材料進(jìn)行表面預(yù)處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述的陶瓷柱表面金屬化為采用 Al2O3陶瓷柱的燒結(jié)金屬化，再鍍Ni和燒Ni處理，其工藝為將球磨好的混合粉末中位徑為I.642微米、質(zhì)量比為70 12 10. 5 7. 5的Mo、MnO、Al2O3和SiO2金屬化混合粉末、草酸乙二酯和膠棉溶液按比例為5g 6ml 5ml，調(diào)制得到的Mo-Mn金屬化膏劑涂敷于清洗后的Al2O3陶瓷柱表面，待干燥后置于H2爐中緩慢升溫至1450°C，保溫30-60min進(jìn)行燒結(jié)金屬化處理，然后再進(jìn)行鍍Ni，最后在溫度為1000°C的真空爐中保溫60min進(jìn)行燒結(jié)Ni處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述的陶瓷柱表面陶瓷化包括對(duì) Al2O3陶瓷柱的熔鹽處理，其工藝為先將陶瓷柱埋于質(zhì)量比為I : I的NiSO4 WH2C^PNa2SO4 的混合鹽中，然后加熱至900°C，保溫60min使NiSO4熔化和分解，以在Al2O3表面形成含NiO 的陶瓷層，然后冷卻，再用水煮洗掉陶瓷表面的鹽即可。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述的陶瓷柱表面陶瓷化也包括對(duì) Al203、Zr02、Si02、SiC、B4C或Si3N4陶瓷采用TiH2處理，其工藝為將球磨好的中位徑為2. 785 微米的TiH2粉末、草酸乙二酯和膠棉溶液按比例為5g 4ml 4ml制備好的TiH2膏劑涂敷于清洗后的陶瓷柱表面，待干燥后置于溫度為1000-120(TC真空爐中保溫15-60min，以在陶瓷表面形成含TiC的陶瓷層。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述的陶瓷表面陶瓷化+金屬化工藝為:先對(duì)Al203、Zr02、Si02、SiC、B4C或Si3N4陶瓷柱采用TiH2處理，再進(jìn)行鍍W或Ni。采用TiH2處理的工藝為將球磨好的中位徑為2. 785微米的TiH2粉末、草酸乙二酯和膠棉溶液按比例為5g 4ml 4ml制備好的TiH2膏劑涂敷于清洗后的陶瓷柱表面，待干燥后置于溫度為1000-1200°C真空爐中保溫15-60min。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于步驟2根據(jù)澆注金屬材料的不同，采用相應(yīng)不同的鑄造工藝，對(duì)于Al及其合金采用金屬型重力鑄造工藝，澆注溫度為 730-7800C ;對(duì)于鋼鐵材料采用砂型重力鑄造工藝，澆注溫度為1400°C ;對(duì)于Cu及其合金采用金屬型重力鑄造工藝，澆注溫度為110(TC ;對(duì)于Mg合金采用金屬型負(fù)壓鑄造工藝，澆注溫度為700°C ;對(duì)于Zn合金采用金屬型負(fù)壓鑄造工藝，澆注溫度為1080°C，對(duì)于Ti合金采用金屬型負(fù)壓鑄造工藝，澆注溫度為1800°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種陶瓷柱陣列增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料或部件及其制備方法，該復(fù)合材料或部件包括金屬基體以及規(guī)則排列在金屬基體內(nèi)的陶瓷柱，所述陶瓷柱與金屬基體之間形成整體或局部復(fù)合；其制備方法步驟為陶瓷柱的預(yù)處理、陶瓷陣列的固定和金屬鑄造；陶瓷陣列的預(yù)處理可采用陶瓷表面金屬化，陶瓷化或陶瓷化+金屬化方法；采用本發(fā)明方法可以容易制備不同陶瓷增強(qiáng)體含量與種類的陶瓷整體或局部增強(qiáng)金屬復(fù)合材料或部件，該復(fù)合材料或部件具有陶瓷增強(qiáng)體的宏觀均勻性，使用過程中具有高可靠性以及優(yōu)良的陶瓷/金屬界面結(jié)合等特點(diǎn)，可用于承載、摩擦磨損等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B22D19/00GK102581259SQ20121003980
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者喬冠軍, 劉桂武, 史忠旗, 楊建鋒, 王倩, 王紅潔, 王繼平 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)