[发明专利]一种耐高温陶瓷金属材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种耐高温陶瓷金属材料及其制备方法。

背景技术

磨损是预制件产生失效的一种最基本的类型，目前普遍存在于冶金，矿山、火电、机械、水泥、煤矿等许多行业。这造成了原材料的极大浪费和能源的巨大的消耗，据不完全统计，我国每年消耗金属耐磨材料高达500万吨以上。可见提高机械设备及零部件的耐磨性能，可以有效减少能源的消耗，也可以提高劳动生产率。

石英粉是一种坚硬、耐磨、耐高温、化学性能稳定的硅酸盐矿物，广泛应用于建筑、电子、化工、机械等领域，通过对石英粉的改性加工，使其性能增强并应用于金属材料中效果显著。

针对上述情况，有人提出将金属和陶瓷制成复合材料，陶瓷金属复合材料是将陶瓷的高耐磨、高硬度性能和金属材料的韧性结合起来的一种新型复合材料。现在我国使用的金属陶瓷复合材料，主要通过国外进口，我国生产的金属陶瓷复合材料，其性能在现阶段与进口产品相比，还有一定的差距。不论国内还是国外的金属陶瓷复合材料，其主要工艺原理是依靠陶瓷颗粒增强金属材料的方法制造。

目前，研究最多的是以氧化铝，碳化硅，碳化钨陶瓷颗粒为骨料，合金粉末或基体金属粉末为填充剂，选择合适的粘结剂，压制成型，制成预制块，烘干。在真空烧结炉内熔化合金粉末、基体金属粉末，把陶瓷颗粒粘接成多孔的陶瓷预制体。然后再浇铸基体金属液。在浇铸基体金属液时，合金粉末熔化，金属液填充至该合金粉末的孔隙中，这样的预制体是靠粘接剂粘接成型易脆裂、易剥落。孔隙均匀性差，在浇铸基体金属液时，基体金属液渗透不透彻，不均匀，陶瓷颗粒和基体金属液的粘接性较差，从而导致耐磨性能较差，抗冲击性能差。因此，现有的陶瓷金属材料及其制备工艺需要改进。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种耐高温陶瓷金属材料及其制备方法，本发明的陶瓷金属材料性能优良，稳定性好，具有优异的耐高温、耐腐蚀以及耐冲击等性能，应用于多种领域，且制备方法简单可靠，具有广阔的市场前景。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：

一种耐高温陶瓷金属材料，包括以下按重量份计的原料：加气铝粉20-30份、二氧化硅15-25份、氧化铁10-20份、氧化镁10-20份、氧化锌10-20份、改性石英粉8-12份、凹土粉5-15份、碳化硅纤维4-8份、斜发沸石粉3-7份、铝矾土3-5份、微晶蜡2-6份、硼氢化锂3-5份、发泡剂1-5份、分散剂1-5份、稳泡剂1-3份和稳定剂1-3份；

所述改性石英粉的制备工艺包括以下步骤：

1)称取石英粉在干燥箱中90-120℃预热干燥1-2h，加入占石英粉质量百分比8-12％的25％氨水溶液，在80-90℃下搅拌2-3h，过滤出石英粉，干燥；

2)再向干燥后的石英粉中加入其质量6-8％的偶联剂，在70-80℃下搅拌2-3h，过滤出石英粉；

3)最后将过滤出的石英粉输送至真空干燥箱内，在真空度为0.05-0.1Mpa，90-100℃的条件下干燥加热2-3h后得改性石英粉。

进一步地，所述陶瓷金属材料包括以下按重量份计的原料：加气铝粉25份、二氧化硅20份、氧化铁15份、氧化镁15份、氧化锌15份、改性石英粉10份、凹土粉10份、碳化硅纤维6份、斜发沸石粉5份、铝矾土4份、微晶蜡4份、硼氢化锂4份、发泡剂3份、分散剂3份、稳泡剂2份和稳定剂2份。

优选地，所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、硅酸钠或碳酸钙中的一种。

优选地，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或焦磷酸钠中的一种。

优选地，所述稳泡剂为硅树脂聚醚乳液、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇中的一种。

优选地，所述稳定剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂TNP中的一种。

一种耐高温陶瓷金属材料的制备方法，按照以下步骤进行：

(1)按照所述重量份配比称取原料；

(2)将除发泡剂、分散剂、稳泡剂和稳定剂的其它原料混合研磨至粒径≤2mm，得物料；

(3)将物料输送至熔炼炉中进行熔炼处理，得金属熔融体；

(4)待金属熔融体空冷至温度为360-420℃时，加入发泡剂、分散剂、稳泡剂和稳定剂混匀；

(5)将步骤(4)得到的金属熔融体通过负压浇铸至固定铸型中即可。

进一步地，在步骤(3)中，所述熔炼温度为780-860℃，熔炼时间为40-60min，熔炼炉内充入氮气或者氩气作为保护气体。

本发明具有如下的有益效果：