[发明专利]一种三维网络陶瓷-铁基复合材料的消失模铸造方法

说明书

本发明公开了一种三维网络陶瓷‑铁基复合材料的消失模铸造方法，将三维网络陶瓷的表面处理并化学镀覆，制模型簇，刷耐火涂料并烘干，埋砂造型震动，金属基体熔炼，砂箱抽负压，铁基体球化并孕育，浇铸，开箱打砂。泡沫陶瓷主要成分为SiC、Al₂O₃，金属的熔炼在中频炉中进行。本方法比现有的制备方法操作更简洁、生产工艺短，工艺成本更低廉，适用于各种尺寸铸件的制备，可制备出不同陶瓷增强部位，不同陶瓷含量，不同形状要求的铸件。

技术领域

本发明属于材料制备领域，涉及一种陶瓷增强金属基复合材料的制备方法，特别涉及一种三维网络陶瓷增强铁基复合材料的制备方法。

背景技术

陶瓷增强铁基复合材料既具有陶瓷材料耐磨损、耐高温、耐腐蚀等优异的性能，同时又具有金属基体高韧性、导电导热的优异性能，因此陶瓷增强铁基复合材料将会在耐磨损、耐高温、耐腐蚀等领域有重要的应用。按照陶瓷增强金属基复合材料的类型可分为：零维增强（颗粒增强）、一维增强（纤维增强）、二维增强（表面增强）以及三维增强（网络增强）。三维网络陶瓷增强金属基复合材料相对于零维，一维、二维增强来讲，在复合材料中可形成陶瓷和金属基体的双连续相，以保证材料在使用过程中不会出现增强体脱落、剥离的现象。同时，三维网络陶瓷和金属基体在复合材料中互相约束、互相支撑，材料的摩擦性能也因此而得到保证。

目前，上述前三种增强方式的文献较多，其制备方法主要有粉末冶金法、原位反应铸造法、浸渗铸造法（无压铸造和压力铸造）以及气相合成法等。

粉末冶金法操作简单、工艺上容易实现，可用于制备各种陶瓷金属复合材料，并且通过控制压制压力和烧结工艺可以达到致密度在95%以上的致密体。但是，缺点是在微观结构上不能达到完全致密化，存在一定的孔洞，材料的力学性能较致密材料有大幅度下降。热等静压法应用于粉末冶金，可以提高材料的致密度和力学性能，但在成形过程中由于陶瓷相团聚于金属颗粒周围，很难制备成分均匀的复合材料。近年来，即使将放电等离子烧结技术应用于粉末冶金中，依然会存在上述问题，目前技术只能制备体积小、形状简单的试样。

又例如原位反应铸造法的陶瓷相直接与金属熔液接触，界面结合好，可以得到体积分数比较大的陶瓷相。但缺点有如下几点：复合工艺的灵活性差，陶瓷体形态不能控制，复合结构中易出现尖角与孔洞，且只能得到纳米尺度的氧化铝陶瓷增强相，故该方法并不能充分发挥材料的性能。

浸渗法按有无压力可分为压力浸渗和无压负压浸渗。压力浸渗类似于挤压铸造，在机械压力下挤压铸造，或利用高压气体作用于中低温（900℃以下）金属熔液上；无压负压浸渗利用毛细管力的作用，使金属熔液在陶瓷预制体中自发地攀升，占据孔洞的空间，并且与陶瓷的界面牢固结合，这就要求金属与陶瓷之间是完全润湿的。而铁合金熔液一般与陶瓷的润湿性差，因此，仅利用无压负压浸渗，不适用于制备陶瓷合金复合材料。活化浸渗，通过在陶瓷体中加入活化元素，利用活性元素改善陶瓷与金属熔液之间的润湿性。这样，在活性元素的作用下，金属熔液浸渗能够在毛细管力的作用下进行。此工艺形式灵活，比较容易控制复合材料中陶瓷体的体积分数、陶瓷体结构和空间分布等，可以制备复杂形状的复合材料，不利之处是经济性稍差。

综述以上各种制备方法，陶瓷与金属基体的润湿性差，高温下的界面反应仍是制约陶瓷-金属复合材料发展与应用的一大难题。

随着工业社会的飞速发展，对材料性能的要求日益提高，三维网络陶瓷增强铁基复合材料将有及大的应用空间。因此采用消失模铸造方法制备三维网络陶瓷-铁基复合材料可获得致密度98%以上的陶瓷-铁基复合材料，且通过在三维网络陶瓷表面化学镀覆Ni-P镀层，可有效改善陶瓷与金属基体之间的浸润性，并阻碍界面反应的发生，防止脆性相生成破坏界面的结合。比现有的制备方法操作更简洁、生产工艺短，工艺成本更低廉，适用于各种尺寸铸件的制备，且可实现在铸件中特定位置的增强作用。

发明内容

发明目的：