CN110656258B - 一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法 - Google Patents

一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法，该方法以铝合金、铝锂合金、镁合金、镁锂合金等为金属基体，SiC空心球、Al2O3空心球、Al2O3/SiO2空心球等为空心球材料，首先将金属基体熔化，然后让熔化后的金属渗透穿过堆积的陶瓷空心球，在此过程中，熔融的金属将附着在空心球表面上或堆积在空心球之间，通过多次反复的渗透可以控制空心球表面或之间的金属厚度，冷却至室温后陶瓷空心球之间将获得有效的连接，从而制备出金属/陶瓷复合多孔材料。

Description

一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法
技术领域
本发明涉及金属基复合材料制备技术领域，特别是涉及一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法。
背景技术
多孔材料是一种内部含有大量孔隙的新型的材料，根据其基体材料的不同有金属多孔材料、陶瓷多孔材料等。不同的多孔材料具有不同的性能特征，如金属多孔材料具有轻质、比强度高、吸能减震、消音降噪、电磁屏蔽等特性，而陶瓷多孔材料具有化学热稳定性好，耐热性好的特征。因此，将金属和陶瓷复合在一起，形成一种新型的多孔材料，将具有更为优异的综合性能。
目前，多孔材料的制备方法种类很多，金属多孔材料的制备方法主要有粉末烧结法、熔体铸造法以及金属沉积法等；陶瓷多孔材料的制备方法主要有粉末烧结法、浆料固结法、凝胶铸造法等。这些多孔材料由于选用的基体材料不同，因此制备的工艺路线差别较大。
发明内容
(1)要解决的技术问题
目前，多孔材料的制备方法均存在不足之处，无法实现金属/陶瓷复合多孔材料的制备。
(2)技术方案
一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)将第一穿孔板、空心球、第二穿孔板、金属基体按此顺装入包套内，其中第一穿孔板、第二穿孔板上的孔径小于空心球的直径，第一穿孔板、第二穿孔板将包套内的空间分成三个区域，包套外部连接有第一导气管和第二导气管；
(2)将密封好的包套通过第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门与加载气源和真空机组相连；
(3)打开第四阀门利用真空机组对包套抽真空后，关闭第四阀门；
(4)将包套置于箱式电阻炉内，开始对包套加热，待包套内温度升至金属基体熔化温度时，保温5-60min，金属基体熔化，得到熔体；
(5)打开第一阀门通入惰性气体，对熔体加载气压，保压后，关闭第一阀门；
(6)将包套上下翻转；
(7)打开第三阀门利用真空机组对包套抽真空后，关闭第三阀门；
(8)打开第二阀门通入惰性气体，对熔体加载气压，保压后，关闭第二阀门；
(9)将包套上下翻转；
(10)重复步骤(3)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)过程1-5次；
(11)将包套从箱式电阻炉中取出，空冷至室温；
(12)利用机械加工的方法去除包套，取出多孔材料。
进一步地，上述第一穿孔板、第二穿孔板将包套内的空间分成三个区域后，最上层区域的高度与最下层区域的高度相等。
进一步地，所述空心球为SiC空心球、Al2O3空心球、Al2O3/SiO2空心球、B4C空心球、TiC空心球、AlN空心球、ZrO2空心球中的一种或其中几种混合物，并且空心球的直径为0.5-5mm。
进一步地，所述金属基体为铝合金、铝锂合金、镁合金、镁锂合金中的任意一种。
进一步地，上述步骤(1)中采用氩弧焊将第一穿孔板、第二穿孔板与包套壁固定好，并采用氩弧焊将包套密封好。
进一步地，上述抽真空后，包套内的真空度小于10-2pa。
进一步地，上述惰性气体的为氮气、氩气以及氦气中的任意一种，惰性气体的纯度为99.99％。
进一步地，上述通入惰性气体加载气压后，熔体上方的气体压力0.1-2MPa，保压时间为5-10min。
(3)有益效果
1.采用本发明提供的方法，可以制备出金属/陶瓷复合多孔材料，与金属多孔材料相比，该材料具有更为优异比强度、良好的隔热性能以及电磁屏蔽性能等；
2.采用包套法来制备复合材料，所需设备简单，只需箱式电阻炉即可，且制备过程中在真空条件下进行，可确保所制备的材料不受氧化等外在的污染，并且可避免原材料燃烧等，保证制备过程的工艺安全，工艺过程简单，成本低。
附图说明
图1是本发明金属/陶瓷复合多孔材料的制备示意图；
其中1-高纯惰性气体罐，2-第一阀门，3-第二阀门，4-第三阀门，5-第四阀门，6-第一导气管，7-箱式电阻炉，8-包套，9-金属基体，10-空心球，11-穿孔板，12-真空表，13-真空机组。
图2是本发明实施例1最终制得的金属/陶瓷复合多孔材料的产品图片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)将第一穿孔板、Al2O3空心球、第二穿孔板、LZ91镁锂合金基体按此顺装入包套内，采用氩弧焊将第一穿孔板、第二穿孔板与包套壁固定好，并采用氩弧焊将包套密封好，其中第一穿孔板、第二穿孔板上的孔径小于空心球的直径，第一穿孔板、第二穿孔板上的孔径为3.5mm，Al2O3空心球的直径为4mm，第一穿孔板、第二穿孔板将包套内的空间分成三个区域，最上层区域的高度H1与最下层区域的高度H2相等，,包套外部连接有第一导气管和第二导气管；
(2)将密封好的包套通过第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门与加载气源和真空机组相连；
(3)打开第四阀门利用真空机组对包套抽真空，待真空度小于10-2pa时，关闭第四阀门；
(4)将包套置于箱式电阻炉内，开始对包套加热，待包套内温度升至650℃，保温60min，LZ91镁锂合金基体熔化，得到熔体；
(5)打开第一阀门通入纯度为99.99％的氮气，对熔体加载气压，压力0.1MPa，保压5min，保压后，关闭第一阀门；
(6)将包套上下翻转；
(7)打开第三阀门利用真空机组对包套抽真空，待真空度小于10-2pa时，关闭第三阀门；
(8)打开第二阀门通入纯度为99.99％的氮气，对熔体加载气压，压力0.1MPa，保压5min，保压后，关闭第二阀门；
(9)将包套上下翻转；
(10)重复步骤(3)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)过程1次；
(11)将包套从箱式电阻炉中取出，空冷至室温；
(12)利用机械加工的方法去除包套，取出多孔材料。
实施例2
一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)将第一穿孔板、SiC空心球、第二穿孔板、铝合金基体按此顺装入包套内，加入铝合金基体后，采用氩弧焊将第一穿孔板、第二穿孔板与包套壁固定好，并采用氩弧焊将包套密封好，其中第一穿孔板、第二穿孔板上的孔径小于空心球的直径，第一穿孔板、第二穿孔板上的孔径为1.5mm，SiC空心球的直径为2mm，第一穿孔板、第二穿孔板将包套内的空间分成三个区域，最上层区域的高度H1与最下层区域的高度H2相等，,包套外部连接有第一导气管和第二导气管；
(2)将密封好的包套通过第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门与加载气源和真空机组相连；
(3)打开第四阀门利用真空机组对包套抽真空，待真空度小于10-2pa时，关闭第四阀门；
(4)将包套置于箱式电阻炉内，开始对包套加热，待包套内温度升至700℃时，保温60min，铝合金基体熔化，得到熔体；
(5)打开第一阀门通入纯度为99.99％的氩气，对熔体加载气压，压力1.0MPa，保压10min，保压后，关闭第一阀门；
(6)将包套上下翻转；
(7)打开第三阀门利用真空机组对包套抽真空，待真空度小于10-2pa时，关闭第三阀门；
(8)打开第二阀门通入纯度为99.99％的氩气，对熔体加载气压，压力0.5MPa，保压10min，保压后，关闭第二阀门；
(9)将包套上下翻转；
(10)重复步骤(3)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)过程5次；
(11)将包套从箱式电阻炉中取出，空冷至室温；
(12)利用机械加工的方法去除包套，取出多孔材料。
实施例3
一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)将第一穿孔板、AlN空心球、第二穿孔板、铝锂合金基体按此顺装入包套内，其中第一穿孔板、第二穿孔板上的孔径小于空心球的直径，第一穿孔板、第二穿孔板上的孔径为4.5mm，AlN空心球的直径为5mm，第一穿孔板、第二穿孔板将包套内的空间分成三个区域，最上层区域的高度H1与最下层区域的高度H2相等，包套外部连接有第一导气管和第二导气管；
(2)将密封好的包套通过第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门与加载气源和真空机组相连；
(3)打开第四阀门利用真空机组对包套抽真空，待真空度小于10-2pa时，关闭第四阀门；
(4)将包套置于箱式电阻炉内，开始对包套加热，待包套内温度升至700℃，保温60min，铝锂合金基体熔化，得到熔体；
(5)打开第一阀门通入纯度为99.99％的氦气，对熔体加载气压，压力0.1MPa，保压5min，保压后，关闭第一阀门；
(6)将包套上下翻转；
(7)打开第三阀门利用真空机组对包套抽真空，待真空度小于10-2pa时，关闭第三阀门；
(8)打开第二阀门通入纯度为99.99％的氦气，对熔体加载气压，压力2MPa，保压8min，保压后，关闭第二阀门；
(9)将包套上下翻转；
(10)重复步骤(3)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)过程3次；
(11)将包套从箱式电阻炉中取出，空冷至室温；
(12)利用机械加工的方法去除包套，取出多孔材料。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
(1)将第一穿孔板、空心球、第二穿孔板、金属基体按此顺装入包套内，其中第一穿孔板、第二穿孔板上的孔径小于空心球的直径，第一穿孔板、第二穿孔板将包套内的空间分成三个区域，包套外部连接有第一导气管和第二导气管；
(2)将密封好的包套通过第一阀门、第二阀门、第三阀门和第四阀门与加载气源和真空机组相连；
(3)打开第四阀门利用真空机组对包套抽真空后，关闭第四阀门；
(4)将包套置于箱式电阻炉内，开始对包套加热，待包套内温度升至金属基体熔化温度时，保温60min，金属基体熔化，得到熔体；
(5)打开第一阀门通入惰性气体，对熔体加载气压，保压后，关闭第一阀门；
(6)将包套上下翻转；
(7)打开第三阀门利用真空机组对包套抽真空后，关闭第三阀门；
(8)打开第二阀门通入惰性气体，对熔体加载气压，保压后，关闭第二阀门；
(9)将包套上下翻转；
(10)重复步骤(3)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)过程1-5次；
(11)将包套从箱式电阻炉中取出，空冷至室温；
(12)利用机械加工的方法去除包套，取出多孔材料。
2.根据权利要求1所述的一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法，其特征在于，上述第一穿孔板、第二穿孔板将包套内的空间分成三个区域后，最上层区域的高度与最下层区域的高度相等。
3.根据权利要求1所述的一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法，其特征在于，所述空心球为SiC空心球、Al2O3空心球、Al2O3/SiO2空心球、B4C空心球、TiC空心球、AlN空心球、ZrO2空心球中的一种或其中几种混合物，并且空心球的直径为0.5-5mm。
4.根据权利要求1所述的一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法，其特征在于，所述金属基体为铝合金、镁合金中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法，其特征在于，上述步骤(1)中采用氩弧焊将第一穿孔板、第二穿孔板与包套壁固定好，并采用氩弧焊将包套密封好。
6.根据权利要求1所述的一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法，其特征在于，上述抽真空后，包套内的真空度小于10-2pa。
7.根据权利要求1所述的一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法，其特征在于，上述惰性气体的为氮气、氩气以及氦气中的任意一种，惰性气体的纯度为99.99％。
8.根据权利要求1所述的一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法，其特征在于，上述通入惰性气体加载气压后，熔体上方的气体压力0.1-2MPa，保压时间为5-10min。
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