[发明专利]一种大尺寸陶瓷颗粒-钢复合材料铸入式增材制造方法

说明书

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种大尺寸陶瓷颗粒‑钢复合材料铸入式增材制造方法。步骤如下：在钢质基板上加工出与陶瓷颗粒形状尺寸相符合的孔，将陶瓷颗粒预置到基板上放入炉中预热，将钢液加热至熔点以上200‑500℃，将钢液浇铸到预置陶瓷颗粒的基板，使得钢质基板部分熔化，冷却后铸入金属与钢质基板的形成冶金结合，实现铸入金属对陶瓷颗粒的封装，进而实现了以铸入式的增材方式实现陶瓷‑钢复合材料的制备。本申请采用铸入式增材方式将大尺寸陶瓷颗粒封装入构件中形成的陶瓷颗粒‑钢复合材料，一方面在提供防护能力的同时实现了减重，另一方面克服了片状陶瓷复合装甲的不抗多发弹的弊端，可抵抗多发弹的冲击，获得理想的高抗侵彻能力。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种大尺寸陶瓷颗粒-钢复合材料铸入式增材制造方法。

背景技术

目前坦克均质装甲的抗弹潜能已经充分利用，无法满足现代坦克装甲轻量化和防护能力并重的新要求，迫切的需要一种兼顾轻量化和防护能力的新材料，因此陶瓷-钢复合材料装甲成为了坦克装甲的新趋势。

陶瓷材料用作装甲材料时一直存在以下几个问题：陶瓷受到弹丸冲击后，不能有效的阻止表面裂纹的扩展，容易发生脆性断裂；不能有效的使弹丸发生偏航，减弱侵彻能力；陶瓷材料的破碎，是能量吸收过程中的一个关键，因此陶瓷装甲材料的抗二次打击能力普遍较弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高抗冲击大尺寸陶瓷颗粒-钢复合材料铸入式增材制造方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种大尺寸陶瓷颗粒-钢复合材料铸入式增材制造方法，在钢质基板上预置大尺寸陶瓷颗粒，将过热钢液浇铸到基板上，冷却从而以铸入式增材的方式实现金属与基板的冶金结合，同时封装陶瓷颗粒，得到陶瓷颗粒-钢复合材料。

进一步的，具体包括如下步骤：

步骤(1)：在钢质基板上加工出规则排列的孔；

步骤(2)：大尺寸陶瓷颗粒表面金属化；

步骤(3)：将步骤(2)中表面金属化的陶瓷颗粒预置到步骤(1)中钢质基板的孔中；

步骤(4)：将步骤(3)预置陶瓷颗粒的钢质基板置于铸型之中；

步骤(5)：对步骤(4)所述的铸型进行预热，将过热的钢液铸入铸型之中，冷却形成铸入式增材构件。

进一步的，所述步骤(1)中使用的钢质基板的材质为高氮钢、603装甲钢、675装甲钢。

进一步的，所述步骤(1)在加工孔之前还包括对钢质基板的预处理，所述预处理具体为：将板加工成需要的尺寸形状，打磨，清洗，置于真空中干燥。

进一步的，所述步骤(1)中孔的大小和形状与陶瓷颗粒的大小和形状相匹配，相邻的孔之间的间距为2mm-10mm。

进一步的，所述陶瓷颗粒的形状为球形，圆柱形、棱柱形或圆锥形。

进一步的，所述陶瓷颗粒的材质为SiC、B₄C或Al₂O₃。

进一步的，所述步骤(2)中陶瓷颗粒表面金属化的方式为电镀、化学镀或冲击镀。

进一步的，所述步骤(2)的陶瓷颗粒表面金属化的镀层金属为镍、铜或锌。

进一步的，所述步骤(5)的预热温度为500-1500℃，过热的钢液的温度为熔点以上200-500℃

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本申请的复合材料增材制造方法，采用铸入式增材方式将大尺寸陶瓷颗粒封装入构件中形成的陶瓷颗粒-钢复合材料，提高了材料的杨氏模量，减少了整体密度，同时提高了复合材料的抗弹能力；