[发明专利]一种复杂结构陶瓷颗粒预制体制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复杂结构陶瓷颗粒预制体制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

随着工业化进程的不断推进，在水泥、矿山、冶金等各种行业中，材料的磨损越来越严重，传统的钢铁耐磨材料已经无法满足实际生产的需求。陶瓷金属基复合材料兼具陶瓷颗粒高模量、高比强度、高耐磨性和高热稳定性的特点，以及金属材料良好的韧性、抗冲击能力，生产工艺简单、成本低廉而成为制备耐磨件的理想材料。目前最经济有效的方式是通过无压铸渗制备复合材料耐磨件，然而此工艺所制备的金属基陶瓷复合材料仍存在一定的缺陷，其主要问题是陶瓷颗粒预制体制备工艺复杂、难以制备出空间结构复杂的预制体、颗粒结合强度低、颗粒与基体结合效果差。

中国发明专利CN103302268A公开了一种制备金属基复合材料陶瓷颗粒预制体方法。其步骤是首先用陶瓷粉末制备带空隙的陶瓷预制件，再通过镀镍的方式在预制件上镀镍，镀镍层厚度在10μm-200μm，将镀镍后的陶瓷预制体固定在型腔中，通过负压铸渗得到金属陶瓷耐磨复合材料。本发明制作简单，适合大型板件块件的生产。但是由于此方法只是在预制件外层镀镍，当预制件厚度达到一定程度时内部复合效果差。同时负压铸渗工艺复杂、成本高，此方法难以制备结构发杂的预制体。中国发明专利CN103641487A公开了一种制备陶瓷颗粒预制体的制备方法：将粘结剂与陶瓷颗粒混合，再加入碳化硅、碳化硼等碳化物粉末及氧化物粉末充分混合，将混合好的物料填充到模具中，得到蜂窝状多孔陶瓷预制体。此制备方法，成本低廉、适用性广，所制备的预制体与颗粒与金属液润湿性好，但此方法制备的预制体强度及空间结构受到限制，无法制备空间结构复杂的颗粒预制体。

本发明将三维数字建模、激光选区熔覆技术与微粉活化相结合，制备出了强度高、孔隙率高、空间结构复杂的陶瓷颗粒预制体，包覆在颗粒表面的活性微粉提高了金属液与陶瓷颗粒的润湿性和复合效果，同时复合材料中增强颗粒体积分数容易控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复杂结构复合材料陶瓷颗粒预制体的制备方法，该工艺可以快速制备出强度合理、空间结构复杂、孔隙率高、颗粒与金属润湿性好、颗粒在金属中分布均匀的陶瓷颗粒预制体。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种复杂结构陶瓷颗粒预制体制备方法，该方法具体步骤如下：

(1)采用CAD、UG三维建模软件对预制体进行数字化建模，并对预制体的数字模型沿Z轴离散化处理得到预制体截面的二维平面数据；

(2)将二维平面数据导入数控系统后，数控系统根据二维平面数据信息自动生成激光扫描路径；

(3)将陶瓷粉、金属粉的中的一种或几种与无水乙醇湿混，充分搅拌并球磨得到混合粉；

(4)将混合粉与陶瓷颗粒按照特定比例充分混合得到混料，将混料进行干燥处理后放入料斗；

(5)铺料刮刀在料床上铺设混料，随后进行选区激光熔覆；

(6)每完成一层熔覆后料床下降一个层厚高度，重复步骤(5)直至获得整个陶瓷颗粒预制体。

优选地，步骤(3)中，金属粉为Ni、Cr、Ti、Fe、Cu、Si、W、Mo，陶瓷粉为B₄C、WC、SiC、Al₂O₃、ZrO₂、Y₂O₃、B₄N、Si₃N₄，其粒度为200-600目。

优选地，步骤(3)中，混合粉为一种或几种金属粉按特定比例的混合，或者一种或几种金属粉与一种或几种陶瓷粉的混合。

优选地，步骤(4)中，陶瓷颗粒为氧化物颗粒、碳化物颗粒及氮化物颗粒一种或几种的混合，其粒度在60-400目，颗粒形状为球形。

优选地，步骤(4)中，混料中陶瓷颗粒的体积分数为10-80％。

优选地，步骤(5)中，混料是通过刮刀平铺在料床上，随后激光按照设定路径进行熔覆，逐层堆积得到陶瓷颗粒预制体。

优选地，步骤(6)中，陶瓷颗粒预制体具有任意复杂空间结构。

优选地，步骤(5)中，激光熔覆时，激光功率为100-1200W，扫描速度为200-1200mm/s，光斑直径为30-80μm，成形速度在2-30mm³/s。

优选地，步骤(5)中，激光熔覆时，熔覆过程是在高真空或充满氩气的工作室内完成的。