[发明专利]用于制备烧结金属-石墨复合材料的通用悬浮造粒方法

说明书

本发明关于一种用于制备烧结金属‑石墨复合材料的通用悬浮造粒方法，其包含步骤：将石墨颗粒悬浮于一具流化腔室的气流中；向该流化腔室中引入粘结剂溶液；向该流化腔室中引入金属粉末；经过一预设的流化时间使石墨颗粒通过粘结剂与金属粉末粘连以形成芯粒；其中，该方法通过调节流化气压以及流化时间来使每个石墨颗粒上粘附一定厚度的金属层从而获得预定临界尺寸的芯粒，此时，超过该临界尺寸因流化气流难以支撑所述芯粒的重力，所述芯粒下落并收集于床体底部的物料仓。本发明所述方法通用性强，可适用于多种金属‑石墨复合材料制品的原料造粒工艺，所得的复合粉末芯经后续制成的物件的各物相分布均匀，密度均匀，力学性能良好。

技术领域

本发明涉及烧结金属-石墨复合材料领域，具体涉及一种用于制备烧结金属-石墨复合材料的通用悬浮造粒方法。

背景技术

目前，烧结金属-石墨复合材料由于其较好的导电、导热性，优良的摩擦磨损性能，以及较低的成本，已广泛应用于摩擦材料、含油轴承、电接触材料、导电材料和机械零件材料等领域。这类材料一般是通过粉末冶金工艺制备而成，包括粉末预处理、混合、压制成型以及最终的烧结等一系列流程。

其中粉末的预处理及混合作为整个制备工艺的前端环节，其在很大程度上决定了最终材料中各物相的分布状态以及微观结构，对材料性能有着重要影响。一般而言，这类材料中包含了多种功能不同的物相。例如，摩擦材料包含了作为基体组元的金属/合金粉末，作为摩擦组元的陶瓷颗粒以及作为润滑组元的石墨等三类组分，而自润滑材料包含了作为基体的金属/合金粉末和以及作为润滑相的石墨等。这些原料粉末不仅在功能性上有着显著差异，而且在比重、颗粒形状和粒径等方面也存在巨大差别。因此，采用传统的混料设备及工艺，如V型混料机、搅拌器等，难以实现多种粉末的均匀混合，从而导致了材料成分的离析、密度不均，直接或间接地破坏了材料的性能，降低了使用寿命。常见地，在利用V型混料机等设备混合包含金属、陶瓷和石墨的复合粉末时，由于石墨较小的比重，其在混料过程中容易“浮”在复合粉末上层，使得最终制得的物件内外性能差异大，甚至出现掉块、崩边等现象，制约产品的正常使用。

另一方面，这类材料中的各个物相需要具有一定的形态和粒径才能发挥其特定的作用，如摩擦材料中硬质摩擦组元一般要求具有较为分明的棱角以及较大的粒径，才能保证其在与对偶啮合以提供充分摩擦阻力的同时自身不容易被拔出；而柔软的石墨颗粒只有具有较大的近片层状形态才能避免割裂基体并平行于摩擦面分布，保证材料良好的力学性能和摩擦性能。因此，这就需要在粉料能被均匀混合的同时避免粉体的形态和粒径被破坏。而显然现有的球磨、高速搅拌等工艺不利于实现这一点。

为防止混合过程中由于石墨比重小而导致的成分离析，通常会在粉末混合前在其中加入一定量的粘结剂，借助机械混合时粉末之间的相互接触使金属与石墨粉末通过粘结剂相互粘连而形成包覆有金属外层的石墨芯粒，也即造粒。然而，在此过程中金属与石墨粉末之间不可避免地产生相互摩擦、碰撞，造成石墨层片滑移并脱落出细小的石墨微晶，这些石墨微晶很容易粘附在金属粉末表面，阻碍了金属-金属颗粒之间的烧结扩散过程，严重影响了材料最终的力学性能。

发明内容

为解决上述问题，我们借鉴流化床造粒的工作原理，提供了一种借助流化床对金属-石墨复合粉末进行悬浮造粒的粉末预处理方法。其是利用流体浮力与颗粒重力的相互作用，让大量复合粉末在一定体积的加工容器内悬浮于运动的流体之中，使颗粒具有流体的某些表观特性，即实现流态化；再借助内部机械装置产生的气流扰动，让悬浮于其中的固体粉末产生类似液体的均匀“混合”过程。与此同时，以一定的流量向容器腔体中喷入粘结剂，使金属粉末包覆于石墨颗粒表面形成一种石墨-金属的“芯-壳结构”(简称，芯粒)，实现悬浮造粒，同时避免了原料粉末形态和性质的破坏。通过改变工艺参数可实现对芯粒中各物相比例的调控，另外该方法所得的芯粒可以通过后续的分级、筛选等流程进一步得到尺寸可控的预处理粉末，用于进行后续的混合、压制及烧结过程。