CN113278843B - 一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺 - Google Patents

Abstract

一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺，将陶瓷颗粒粉料直接灌装到产品成形模具内，振动压实粉料，使其紧实并达到所需体积分数，然后将产品成形模具放入内套模，并与内套模一起放入预热炉中预热至一定温度，压铸时，用叉车夹持预热好的内套模及产品成形模具一起放入外套模，将已处理好的金属液注入内套模中，然后进行抽真空处理，经压铸渗铝、保压、冷却一段时间后，顶出压坯，待其进一步冷却至室温后进行切割、脱模，取出金属基陶瓷复合材料的压铸坯料，经机械加工后即可得到金属基陶瓷复合材料的产品。解决了传统压铸制备技术存在的不足，有效实现对材料压铸中缺陷的控制，使金属基陶瓷复合材料的致密度，质量和性能得到大大提高。

Description

一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺

技术领域

本发明涉及复合材料制备工艺技术领域，尤其是一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺。

背景技术

颗粒增强金属基陶瓷复合材料具有高导热、低膨胀、轻量化等优点，并具有较高的比强度、比刚度、比模量，耐磨等特性，能较好地满足对高性能散热材料特殊性能的要求。

颗粒增强金属基陶瓷复合材料被认为是21世纪最具有发展前途的新一代先进复合材料，现已广泛应用于航空航天、电子工业、军事雷达、轨道交通等领域。

目前，金属基陶瓷复合材料的制备工艺主要分为固相工艺和液相工艺两大类，其中固相工艺包括粉末冶金法、热等静压法、放电等离子烧结法等，液相工艺包括搅拌熔铸法、无压浸渗法、压力铸造法等。上述方法各有利弊，但如需考虑批量化生产，压铸成型技术则是最佳选择，其生产效率高，且适用于结构复杂、尺寸精度高的零件成型，能够实现大批量、低成本的制造。

传统的金属基陶瓷复合材料压铸技术是通过先制备出增强体颗粒的预制件，再将预制件与模具一起预热后，在压机作用下将金属液压入预制件中，后经保压、冷却、脱模等步骤得到金属基陶瓷复合材料的坯件。虽然该工艺高效简便，但在实际生产中仍存在一些问题，一方面制备的预制件需要加入粘结剂或造孔剂，无论是湿法制备(烘干水分后烧结)还是干法制备(模压成型后烧结)，预制件中粘结剂的残留都会在一定程度上影响复合材料的性能，而且极易发生粘结剂混合不均、干燥时开裂、渗金属时受力变形等问题；另一方面传统的压铸技术，通常在金属液较高熔化温度状态下进行压铸，高温的金属液在与陶瓷颗粒接触时，会产生化学反应，生成影响复合材料性能质量的不良化合物。若采用较低的金属液熔化温度，可大大减少不良化合物的产生，但在渗金属过程中，由于模具与压头接触高温的金属液时，会大量吸收金属液的热量，造成与外套模等相接触的金属液迅速凝固，凝固的金属对压头产生一定的支撑力，大大降低了压头对金属液施加的压强。由于在金属液降温过程中，模具芯部的温度比外部的要高，持续降低的压强阻碍金属液对芯部增强体颗粒间隙中的浸渗效果，造成复合材料各部分的致密度存在较大差异，特别是芯部复合材料，由于金属液渗透的压力不足，降温过程中极易产生缩松、气孔等缺陷，严重影响产品的性能质量。

发明内容

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺，从而通过保压可有效的实现了对压铸时材料可能产生的气孔等缺陷的控制，提高了金属液在增强体间隙中的渗透率，制备的复合材料致密性高，气孔率低，产品的质量和性能大大提高。

本发明所采用的技术方案如下：

一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺，包括产品成形模具、内套模和外套模，

内套模的底部配合安装有内套模底板，

外套模的底部设置有可上下移动的外套模底板；

具体工艺步骤如下：

第一步：将若干种粒径不同的陶瓷增强体粉末混合并充分搅拌，配制出待装填的粉料；

第二步：将构成产品成形模具的所有零件拆分，每个零件表面均匀地喷涂上脱模剂；

第三步：将第二步中表面已经均匀涂有脱模剂的零件组装成产品成形模具；

第四步：将充分搅拌过的粉料灌装入产品成形模具的腔体内，通过振动、挤压，使产品成形模具中的粉料紧实；

第五步：对内套模的内外壁及内套模底板表面均匀地喷涂上脱模剂；

第六步：将装有粉料的产品成形模具放到内套模腔体内的内套模底板上；

第七步：利用叉车托夹将装有产品成形模具的内套模一起放入预热炉内，预热到500-700℃，并保温3-5h，均匀加热内套模、内套模底板、产品成形模具和粉料；

第八步：对外套模的内壁、外套模底面、外套模底板及压机顶杆上表面均匀地喷涂脱模剂；

第九步：外套模中段外装高频加热器，启动高频加热器工作，对外套模中段进行加热，加热温度在200℃-300℃；

第十步：将压机顶杆升起，压机顶杆上表面升至高于外套模上表面，随后将外套模底板放置在压机顶杆的上表面；

第十一步：用叉车将预热好的装有产品成形模具的内套模放到外套模底板上，保证其稳固性；

第十二步：降下压机顶杆，使外套模底板连同内套模沿外套模的内壁缓缓放入外套模内，并使外套模底板与工作台上表面接触；

第十三步：将预处理过的金属液注入内套模，金属液浇注温度控制在金属熔点以上100-200℃，金属液淹没产品成形模具，即金属液液面超过产品成形模具；

第十四步：外套模底板、内套模底板形成的通道底部连接抽气管路，注入金属液后，开启外连的真空泵，从通道对产品成形模具内部进行抽真空处理，使产品成形模具内部产生负压；

第十五步：启动压机，压头下降压入内套模，对金属液施加50-120Mpa超高压力使金属液充分浸渗到粉料的空隙中，保压5-15分钟，并保压至金属液完全凝固；

第十六步：在金属液浸渗粉料间隙的同时，内套模直线段壁开有U形槽，部分熔融金属液在压头下压的过程中通过U形槽溢出，最终向外漫延至外套模和内套模之间的配合间隙上部，甚至会渗入间隙中，这部分的熔融的金属液凝固后将内套模和外套模配合间隙口封住，将整个环状配合间隙与外界空气隔绝；

第十七步：待产品成形模具中的金属液凝固后，形成金属锭，然后关闭外连的真空泵，压机压头退出内套模，上抬至原先高度；

第十八步：压机顶杆升起，带动外套模底板将内套模顶出外套模的腔体外；

第十九步：将内套模翻转180度，用压机将包含产品成形模具的金属锭从内套模中顶出；

第二十步：对产品成形模具进行锯切、脱模操作，取出金属基陶瓷复合材料产品的坯料，再对坯料按产品要求进行机加工，可得最终产品。

其进一步技术方案在于：

第一步中，陶瓷增强体粉末为金刚石粉末、碳化硅粉末或硅粉末。

所述内套模为圆形筒体结构，内部为腔体，内部腔体通过上部直线段和下部拔模斜线段以及底部阶梯开口组成，内套模的顶部和底部都设置有开口，所述内套模底部开口处设置有阶梯，阶梯处配合安装有内套模底板，内套模底板卡住，不会向下滑落。

所述内套模底部开口的直径小于顶部开口的直径。

所述内套模的腔体内放置产品成形模具，同时产品成形模具放置于内套模底板上。

内套模与外套模相配合，内套模的外壁直径为外套模的内壁直径，内套模通过压机顶杆的升降，使外套模底板在外套模的腔体作内上下运动。

内套模底板的中部开有中心孔，外套模底板的中间开有第一通孔，外套模底板的底面开有上半凹槽，工作台的一端开有第二通孔，工作台的上表面开有与上半凹槽匹配的下半凹槽，所述上半凹槽、下半凹槽、第二通孔组合成抽真空的通道。

外套模为底盘直径大于筒体直径的圆形套筒结构。

外套模底部开口直径小于腔体内壁直径。

外套模底部放置的圆盘形外套模底板，外套模底板的直径小于内套模的外壁直径。

本发明的有益效果如下：

本发明结构紧凑、合理，操作方便，不仅简化了需要制备预制件的工艺过程，避免了模具变形、预制件开裂、粘结剂残留等问题。

本发明通过内外套模之间相互配合以及压铸时对外套模加热，调控了金属液的温度场及其凝固时间，保证了金属液能在熔融状态下均匀渗入陶瓷颗粒的缝隙中；高压压铸的同时从模具底部抽真空，并保证装置内部金属液与外界空气的隔绝措施，使金属液能较通畅地向下渗透，大大提高了金属液的渗透率。

本发明有效实现了对材料压铸中缺陷的控制和有效的排气，复合材料的致密度，质量和性能得到大大提高，且模具能够重复利用，为金属基陶瓷复合材料批量化生产提供了新思路。

本发明通过将粉料直接灌装到产品成形模具，省去预制件的制备过程；内外套模相互配合，压铸时外套模外部中段采用持续高频加热，以调控外套模的温度场；增加内套模结构，将产品成形模具装入内套模，二者一起加温预热，压铸时熔融的金属液浇入内套模，使金属液在压铸过程中产品成形模具内外的金属液不仅温度基本保持一致，而且模具内外的压强基本相等，压头对内套模中的金属液施加压力，这样既避免了在压铸过程中产品成形模具的变形和影响压铸产品的尺寸精度，也避免了压铸时产品成形模的各部分温度差异太大，造成金属液渗透压强的不均匀，从而造成产品各部位的性能质量不一致。该发明严格控制金属液浇入内套模的温度，使金属液在熔融或半固溶状态下渗入陶瓷颗粒，避免了金属液与陶瓷颗粒物(如金刚石、硅、碳化硅)在高温下产生不良反应物，有效提高了复合材料的品质，同时在内套模、外套模的底部增加了抽真空通道，延着外套模底部与工作台接触面的半径方向向外延伸，最终贯通至工作台底面排气至真空泵中。这样可以在压铸过程中使陶瓷颗粒的缝隙中产生负压，且做好装置内部金属液与外界空气的隔绝措施以保证负压效果。利于金属液充分渗入陶瓷颗粒的缝隙。由于压头施压的金属液部分温度下降一致，通过保压可有效的实现了对压铸时材料可能产生的气孔等缺陷的控制，提高了金属液在增强体间隙中的渗透率，制备的复合材料致密性高，气孔率低，产品的质量和性能大大提高。

附图说明

图1为本发明粉料灌装后的成形模具结构示意图。

图2为本发明第六步的操作示意图(正面剖视)

图3为本发明第六步的操作示意图(侧面剖视)。

图4为本发明第九步的操作示意图。

图5为本发明第十步的操作示意图。

图6为本发明第十一步的操作示意图。

图7为本发明第十二步的操作示意图。

图8为本发明第十三步的操作示意图。

图9为本发明第十四步的操作示意图。

图10为本发明第十五步的操作示意图。

图11为本发明第十八步的操作示意图。

图12为本发明第十九步的操作示意图。

其中：1、粉料；2、产品成形模具；3、内套模；4、内套模底板；5、外套模；6、外套模底板；7、压机顶杆；8、工作台；9、金属液；10、抽气管路；11、压头；12、金属锭；13、密封圈；14、通道；15、真空泵；16、高频加热器；17、熔融金属液；

401、中心孔；

601、第一通孔；602、上半凹槽；

801、下半凹槽；802、第二通孔。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1-图12所示，本实施例的热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺，包括产品成形模具2、内套模3和外套模5，

内套模3的底部配合安装有内套模底板4，

外套模5的底部设置有可上下移动的外套模底板6；

具体工艺步骤如下：

第一步：将若干种粒径不同的陶瓷增强体粉末混合并充分搅拌，配制出待装填的粉料1；

第二步：将构成产品成形模具2的所有零件拆分，每个零件表面均匀地喷涂上脱模剂；

第三步：将第二步中表面已经均匀涂有脱模剂的零件组装成产品成形模具2；

第四步：将充分搅拌过的粉料1灌装入产品成形模具2的腔体内，通过振动、挤压，使产品成形模具2中的粉料1紧实；

第五步：对内套模3的内外壁及内套模底板4表面均匀地喷涂上脱模剂；

第六步：将装有粉料1的产品成形模具2放到内套模3腔体内的内套模底板4上；

第七步：利用叉车托夹将装有产品成形模具2的内套模3一起放入预热炉内，预热到500-700℃，并保温3-5h，均匀加热内套模3、内套模底板4、产品成形模具2和粉料1；

第八步：对外套模5的内壁、外套模5底面、外套模底板6及压机顶杆7上表面均匀地喷涂脱模剂；

第九步：外套模5中段外装高频加热器16，启动高频加热器16工作，对外套模5中段进行加热，加热温度在200℃-300℃；

第十步：将压机顶杆7升起，压机顶杆7上表面升至高于外套模5上表面，随后将外套模底板6放置在压机顶杆7的上表面；

第十一步：用叉车将预热好的装有产品成形模具2的内套模3放到外套模底板6上，保证其稳固性；

第十二步：降下压机顶杆7，使外套模底板6连同内套模3沿外套模5的内壁缓缓放入外套模5内，并使外套模底板6与工作台8上表面接触；

第十三步：将预处理过的金属液9注入内套模3，金属液9浇注温度控制在金属熔点以上100-200℃，金属液9淹没产品成形模具2，即金属液9液面超过产品成形模具2；

第十四步：外套模底板6、内套模底板4形成的通道14底部连接抽气管路10，注入金属液9后，开启外连的真空泵15，从通道14对产品成形模具2内部进行抽真空处理，使产品成形模具2内部产生负压；

第十五步：启动压机，压头11下降压入内套模3，对金属液9施加50-120Mpa超高压力使金属液9充分浸渗到粉料1的空隙中，保压5-15分钟，并保压至金属液9完全凝固；

第十六步：在金属液浸渗粉料1间隙的同时，内套模3直线段壁开有U形槽，部分熔融金属液17在压头11下压的过程中通过U形槽溢出，最终向外漫延至外套模5和内套模3之间的配合间隙上部，甚至会渗入间隙中，这部分的熔融的金属液凝固后将内套模3和外套模5配合间隙口封住，将整个环状配合间隙与外界空气隔绝；

第十七步：待产品成形模具2中的金属液9凝固后，形成金属锭12，然后关闭外连的真空泵15，压机压头11退出内套模3，上抬至原先高度；

第十八步：压机顶杆7升起，带动外套模底板6将内套模3顶出外套模5的腔体外；

第十九步：将内套模3翻转180度，用压机将包含产品成形模具2的金属锭12从内套模3中顶出；

第二十步：对产品成形模具2进行锯切、脱模操作，取出金属基陶瓷复合材料产品的坯料，再对坯料按产品要求进行机加工，可得最终产品。

第一步中，陶瓷增强体粉末为金刚石粉末、碳化硅粉末或硅粉末。

内套模3为圆形筒体结构，内部为腔体，内部腔体通过上部直线段和下部拔模斜线段以及底部阶梯开口组成，内套模3的顶部和底部都设置有开口，内套模3底部开口处设置有阶梯，阶梯处配合安装有内套模底板4，内套模底板4卡住，不会向下滑落。

内套模3底部开口的直径小于顶部开口的直径。

内套模3的腔体内放置产品成形模具2，同时产品成形模具2放置于内套模底板4上。

内套模3与外套模5相配合，内套模3的外壁直径为外套模5的内壁直径，内套模3通过压机顶杆7的升降，使外套模底板6在外套模5的腔体作内上下运动。

内套模底板4的中部开有中心孔401，外套模底板6的中间开有第一通孔601，外套模底板6的底面开有上半凹槽602，工作台8的一端开有第二通孔802，工作台8的上表面开有与上半凹槽602匹配的下半凹槽801，上半凹槽602、下半凹槽801、第二通孔802组合成抽真空的通道14。

外套模5为底盘直径大于筒体直径的圆形套筒结构。

外套模5底部开口直径小于腔体内壁直径。

外套模5底部放置的圆盘形外套模底板6，外套模底板6的直径小于内套模3的外壁直径。

本发明在制造工艺过程中，需要用到的制造装置，其具体结构为：

包括产品成形模具2、内套模3、内套模底板4、外套模5、外套模底板6、抽气装置等。

产品成形模具2放置在内套模3腔体内的内套模底板4上，带有产品成形模具2的内套模3经预热后通过叉车夹持放置在外套模5腔体内的外套模底板6上，外套模5底面与压机工作台8的台面相连接，压机压杆7与工作台8之间有密封槽并放置密封圈13，压机顶杆7与内套模3、外套模5的底部、外套模底板6与工作台8接触面半径方向、工作台8厚度方向均留有抽气道，压机顶杆7可通过顶压外套模底板6带动内套模3在外套模5的腔体内升降。

内套模3的腔体内浇注金属液9。

内套模3与外套模5相配合，即内套模3的外壁直径为外套模5的内壁直径，内套模3可以通过压机顶杆7的升降，使外套模底板6在外套模5的腔体作内上下运动。

外套模5为底盘直径大于筒体直径的圆形套筒结构，底部开口直径略小于腔体内壁直径，底部放置的圆盘形外套模底板6直径小于内套模3的外壁直径。

内套模3为圆形筒体，底部开口直径小于顶部开口直径，且开口处有阶梯结构，放置边缘倒阶梯结构的内套模底板4，内套模底板4不能向下滑落。

内套模3的直线段壁开有U形槽。

实际试验过程中，实施例一：

第一步：按一定的配比将若干种粒径不同的陶瓷增强体粉末混合并充分搅拌，配制出待装填的粉料1；

第二步：将构成产品成形模具2的所有零件拆分，各零件表面均匀地喷涂上脱模剂；

第三步：将第二步中表面已经均匀涂有脱模剂的零件组装成产品成形模具2；

第四步：将充分搅拌过的粉料1灌装入产品成形模具2的腔体内，通过振动、挤压，使产品成形模具2中的粉料1紧实，如图1；

第五步：对内套模3的内外壁及内套模底板4表面均匀地喷涂上脱模剂；

第六步：将装有粉料1的产品成形模具2放到内套模3腔体内的内套模底板4上，如图2；

第七步：利用叉车托夹装有产品成形模具2的内套模3凸耳将其整体一起放入预热炉内，预热到500摄氏度，并保温三个小时，让内套模3、内套模底板4、产品成形模具2和粉料1均匀加热；

第八步：对外套模5的内壁、外套模5底面、外套模底板6及压机顶杆7上表面均匀地喷涂脱模剂；

第九步：外套模5中段外装高频加热器16，启动高频加热器工作16，对外套模中段进行加热，加热温度在200℃-300℃；

第十步：将压机顶杆7升起，压机顶杆7上表面升至高于外套模5上表面，随后将外套模底板6放置在压机顶杆7的上表面，如图5；

第十一步：用叉车将预热好的装有产品成形模具2的内套模3放到外套模底板6上，保证其稳固性，如图6；

第十二步：降下压机顶杆7，使外套模底板6连同内套模3沿外套模5的内壁缓缓放入外套模5内，并使外套模底板6与工作台8上表面接触，如图7；

第十三步：将预处理过的熔融金属液9注入内套模3，金属液9浇注温度控制在金属熔点以上100℃左右，金属液9淹没产品成形模具2，即金属液9液面超过产品成形模具2，并保证具有一定金属液9压铸高度，如图8；

第十四步：外套模底板6、内套模底板4形成的通道14底部连接抽气管路10，注入金属液9后，开启外连的真空泵15，从底部气道对产品成形模具2内部进行抽真空处理，使产品成形模具2内部产生负压，如图9；

第十五步：启动压机(图中未画出)，压头11下降压入内套模3，对金属液9施加50-120Mpa超高压力使金属液充分浸渗到粉料1的空隙中，并保压至金属液9完全凝固，如图10所示；

第十六步：在金属液浸渗粉料1间隙的同时，内套模3直线段壁开有U形槽，部分熔融金属液17在压头11下压的过程中通过U形槽溢出，最终向外漫延至外套模5和内套模3之间的配合间隙上部，甚至会渗入间隙中，这部分的熔融的金属液凝固后将内套模3和外套模5配合间隙口封住，将整个环状配合间隙与外界空气隔绝；

第十七步：待金属液9凝固后，关闭外连的真空泵15，压机压头11退出内套模3，上抬至原先高度；

第十八步：压机顶杆7升起，带动外套模底板6将内套模3顶出外套模5的腔体外，如图11；

第十九步：将内套模3翻转180度，用压机将包含产品成形模具2的金属锭12从内套模3中顶出，如图12；

第二十步：对产品成形模具2进行锯切、脱模操作，取出金属基陶瓷复合材料产品的坯料，再对坯料按产品要求进行机加工，可得最终产品。

实际试验过程中，实施例二：

第一步：按一定的配比将若干种粒径不同的陶瓷增强体粉末混合并充分搅拌，配制出待装填的粉料1；

第二步：将构成产品成形模具2的所有零件拆分，各零件表面均匀地喷涂上脱模剂；

第三步：将第二步中表面已经均匀涂有脱模剂的零件组装成产品成形模具2；

第四步：将充分搅拌过的粉料1灌装入产品成形模具2的腔体内，通过振动、挤压，使产品成形模具2中的粉料1紧实；

第五步：对内套模3的内外壁及内套模底板4表面均匀地喷涂上脱模剂；

第六步：将装有粉料1的产品成形模具2放到内套模3腔体内的内套模底板4上；

第七步：利用叉车托夹装有产品成形模具2的内套模3凸耳将其整体一起放入预热炉内，预热到700摄氏度，并保温5个小时，让内套模3、内套模底板4、产品成形模具2和粉料1均匀加热；

第八步：对外套模5的内壁、外套模5底面、外套模底板6及压机顶杆7上表面均匀地喷涂脱模剂；

第九步：外套模5中段外装高频加热器16，启动高频加热器16工作，对外套模5中段进行加热，加热温度在200℃-300℃；

第十步：将压机顶杆7升起，压机顶杆7上表面升至高于外套模5上表面，随后将外套模底板6放置在压机顶杆7的上表面，如图5；

第十一步：用叉车将预热好的装有产品成形模具2的内套模3放到外套模底板6上，保证其稳固性，如图6；

第十二步：降下压机顶杆7，使外套模底板6连同内套模3沿外套模5的内壁缓缓放入外套模5内，并使外套模底板6与工作台8上表面接触，如图7；

第十三步：将预处理过的熔融金属液9注入内套模3，金属液9浇注温度控制在金属熔点以上200℃左右，金属液9淹没产品成形模具2，即金属液9液面超过产品成形模具2，并保证具有一定金属液9压铸高度，如图8；

第十四步：外套模底板6、内套模底板4形成的通道14底部连接抽气管路10，注入金属液9后，开启外连的真空泵15，从底部气道对产品成形模具2内部进行抽真空处理，使产品成形模具2内部产生负压，如图9；

第十五步：启动压机(图中未画出)，压头11下降压入内套模3，对金属液9施加50-120Mpa超高压力使金属液充分浸渗到粉料1的空隙中，并保压至金属液9完全凝固，如图10所示；

第十六步：在金属液浸渗粉料1间隙的同时，内套模3直线段壁开有U形槽，部分熔融金属液17在压头11下压的过程中通过U形槽溢出，最终向外漫延至外套模5和内套模3之间的配合间隙上部，甚至会渗入间隙中，这部分的熔融的金属液凝固后将内套模3和外套模5配合间隙口封住，将整个环状配合间隙与外界空气隔绝；

第十七步：待金属液9凝固后，关闭外连的真空泵15，压机压头11退出内套模3，上抬至原先高度；

第十八步：压机顶杆7升起，带动外套模底板6将内套模3顶出外套模5的腔体外，如图11；

第十九步：将内套模3翻转180度，用压机将包含产品成形模具2的金属锭12从内套模3中顶出，如图12；

第二十步：对产品成形模具2进行锯切、脱模操作，取出金属基陶瓷复合材料产品的坯料，再对坯料按产品要求进行机加工，可得最终产品。

实际试验过程中，实施例三：

第一步：按一定的配比将若干种粒径不同的陶瓷增强体粉末混合并充分搅拌，配制出待装填的粉料1；

第二步：将构成产品成形模具2的所有零件拆分，各零件表面均匀地喷涂上脱模剂；

第三步：将第二步中表面已经均匀涂有脱模剂的零件组装成产品成形模具2；

第四步：将充分搅拌过的粉料1灌装入产品成形模具2的腔体内，通过振动、挤压，使产品成形模具2中的粉料1紧实；

第五步：对内套模3的内外壁及内套模底板4表面均匀地喷涂上脱模剂；

第六步：将装有粉料1的产品成形模具2放到内套模3腔体内的内套模底板4上；

第七步：利用叉车托夹装有产品成形模具2的内套模3凸耳将其整体一起放入预热炉内，预热到650摄氏度，并保温4个小时，让内套模3、内套模底板4、产品成形模具2和粉料1均匀加热；

第八步：对外套模5的内壁、外套模5底面、外套模底板6及压机顶杆7上表面均匀地喷涂脱模剂；

第九步：外套模中段外装高频加热器，启动高频加热器工作，对外套模中段进行加热，加热温度在200℃-300℃；

第十步：将压机顶杆7升起，压机顶杆7上表面升至高于外套模5上表面，随后将外套模底板6放置在压机顶杆7的上表面；

第十一步：用叉车将预热好的装有产品成形模具2的内套模3放到外套模底板6上，保证其稳固性；

第十二步：降下压机顶杆7，使外套模底板6连同内套模3沿外套模5的内壁缓缓放入外套模5内，并使外套模底板6与工作台8上表面接触，如图6；

第十三步：将预处理过的熔融金属液9注入内套模3，金属液9浇注温度控制在金属熔点以上150℃左右，金属液9淹没产品成形模具2，即金属液9液面超过产品成形模具2，并保证具有一定金属液9压铸高度；

第十四步：外套模底板6、内套模底板4形成的通道14底部连接抽气管路10，注入金属液9后，开启外连的真空泵15，从底部气道对产品成形模具2内部进行抽真空处理，使产品成形模具2内部产生负压；

第十五步：启动压机(图中未画出)，压头11下降压入内套模3，对金属液9施加50-120Mpa超高压力使金属液充分浸渗到粉料1的空隙中，并保压至金属液9完全凝固；

第十六步：在金属液浸渗粉料1间隙的同时，内套模3直线段壁开有U形槽，部分熔融金属液17在压头11下压的过程中通过U形槽溢出，最终向外漫延至外套模5和内套模3之间的配合间隙上部，甚至会渗入间隙中，这部分的熔融的金属液凝固后将内套模3和外套模5配合间隙口封住，将整个环状配合间隙与外界空气隔绝；

第十七步：待金属液9凝固后，关闭外连的真空泵15，压机压头11退出内套模3，上抬至原先高度；

第十八步：压机顶杆7升起，带动外套模底板6将内套模3顶出外套模5的腔体外；

第十九步：将内套模3翻转180度，用压机将包含产品成形模具2的金属锭12从内套模3中顶出；

第二十步：对产品成形模具2进行锯切、脱模操作，取出金属基陶瓷复合材料产品的坯料，再对坯料按产品要求进行机加工，可得最终产品。

通过上述工艺方法，可以有效控制由于压铸时材料可能产生的气孔等缺陷，提高了金属液在增强体间隙中的渗透率，制备的复合材料致密性高，气孔率低，产品的质量和性能大大提高。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺，其特征在于：包括产品成形模具(2)、内套模(3)和外套模(5)，

内套模(3)的底部配合安装有内套模底板(4)，

外套模(5)的底部设置有可上下移动的外套模底板(6)；

具体工艺步骤如下：

第一步：将若干种粒径不同的陶瓷增强体粉末混合并充分搅拌，配制出待装填的粉料(1)；

第二步：将构成产品成形模具(2)的所有零件拆分，每个零件表面均匀地喷涂上脱模剂；

第三步：将第二步中表面已经均匀涂有脱模剂的零件组装成产品成形模具(2)；

第四步：将充分搅拌过的粉料(1)灌装入产品成形模具(2)的腔体内，通过振动、挤压，使产品成形模具(2)中的粉料(1)紧实；

第五步：对内套模(3)的内外壁及内套模底板(4)表面均匀地喷涂上脱模剂；

第六步：将装有粉料(1)的产品成形模具(2)放到内套模(3)腔体内的内套模底板(4)上；

第七步：利用叉车托夹将装有产品成形模具(2)的内套模(3)一起放入预热炉内，预热到500-700℃，并保温3-5h，均匀加热内套模(3)、内套模底板(4)、产品成形模具(2)和粉料(1)；

第八步：对外套模(5)的内壁、外套模(5)底面、外套模底板(6)及压机顶杆(7)上表面均匀地喷涂脱模剂；

第九步：外套模(5)中段外装高频加热器(16)，启动高频加热器(16)工作，对外套模(5)中段进行加热，加热温度在200℃-300℃；

第十步：将压机顶杆(7)升起，压机顶杆(7)上表面升至高于外套模(5)上表面，随后将外套模底板(6)放置在压机顶杆(7)的上表面；

第十一步：用叉车将预热好的装有产品成形模具(2)的内套模(3)放到外套模底板(6)上，保证其稳固性；

第十二步：降下压机顶杆(7)，使外套模底板(6)连同内套模(3)沿外套模(5)的内壁缓缓放入外套模(5)内，并使外套模底板(6)与工作台(8)上表面接触；

第十三步：将预处理过的金属液(9)注入内套模(3)，金属液(9)浇注温度控制在金属熔点以上100-200℃，金属液(9)淹没产品成形模具(2)，即金属液(9)液面超过产品成形模具(2)；

第十四步：外套模底板(6)、内套模底板(4)形成的通道(14)底部连接抽气管路(10)，注入金属液(9)后，开启外连的真空泵(15)，从通道(14)对产品成形模具(2)内部进行抽真空处理，使产品成形模具(2)内部产生负压；

第十五步：启动压机，压头(11)下降压入内套模(3)，对金属液(9)施加50-120Mpa超高压力使金属液(9)充分浸渗到粉料(1)的空隙中，保压5-15分钟，并保压至金属液(9)完全凝固；

第十六步：在金属液浸渗粉料(1)间隙的同时，内套模(3)直线段壁开有U形槽，部分熔融金属液(17)在压头(11)下压的过程中通过U形槽溢出，最终向外漫延至外套模(5)和内套模(3)之间的配合间隙上部，甚至会渗入间隙中，这部分的熔融的金属液凝固后将内套模(3)和外套模(5)配合间隙口封住，将整个环状配合间隙与外界空气隔绝；

第十七步：待产品成形模具(2)中的金属液(9)凝固后，形成金属锭(12)，然后关闭外连的真空泵(15)，压机压头(11)退出内套模(3)，上抬至原先高度；

第十八步：压机顶杆(7)升起，带动外套模底板(6)将内套模(3)顶出外套模(5)的腔体外；

第十九步：将内套模(3)翻转180度，用压机将包含产品成形模具(2)的金属锭(12)从内套模(3)中顶出；

第二十步：对产品成形模具(2)进行锯切、脱模操作，取出金属基陶瓷复合材料产品的坯料，再对坯料按产品要求进行机加工，可得最终产品。

2.如权利要求1所述的一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺，其特征在于：第一步中，陶瓷增强体粉末为金刚石粉末、碳化硅粉末或硅粉末。

3.如权利要求1所述的一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺，其特征在于：所述内套模(3)为圆形筒体结构，内部为腔体，内部腔体通过上部直线段和下部拔模斜线段以及底部阶梯开口组成，内套模(3)的顶部和底部都设置有开口，所述内套模(3)底部开口处设置有阶梯，阶梯处配合安装有内套模底板(4)，内套模底板(4)卡住，不会向下滑落。

4.如权利要求3所述的一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺，其特征在于：所述内套模(3)底部开口的直径小于顶部开口的直径。

5.如权利要求3所述的一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺，其特征在于：所述内套模(3)的腔体内放置产品成形模具(2)，同时产品成形模具(2)放置于内套模底板(4)上。

6.如权利要求1所述的一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺，其特征在于：内套模(3)与外套模(5)相配合，内套模(3)的外壁直径为外套模(5)的内壁直径，内套模(3)通过压机顶杆(7)的升降，使外套模底板(6)在外套模(5)的腔体作内上下运动。

7.如权利要求1所述的一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺，其特征在于：内套模底板(4)的中部开有中心孔(401)，外套模底板(6)的中间开有第一通孔(601)，外套模底板(6)的底面开有上半凹槽(602)，工作台(8)的一端开有第二通孔(802)，工作台(8)的上表面开有与上半凹槽(602)匹配的下半凹槽(801)，所述上半凹槽(602)、下半凹槽(801)、第二通孔(802)组合成抽真空的通道(14)。

8.如权利要求1所述的一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺，其特征在于：外套模(5)为底盘直径大于筒体直径的圆形套筒结构。

9.如权利要求1所述的一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺，其特征在于：外套模(5)底部开口直径小于腔体内壁直径。

10.如权利要求1所述的一种热等静压制备金属基陶瓷复合材料的制造工艺，其特征在于：外套模(5)底部放置的圆盘形外套模底板(6)，外套模底板(6)的直径小于内套模(3)的外壁直径。

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