網狀陶瓷增強金屬基複合材料製備方法與存在問題
技術交流
作者：李菊
摘要：文章介紹了泡沫陶瓷增強金屬基複合材料的研究現狀和製備方法，提出了增強體泡沫陶瓷性能要求，介紹了影響複合材料製備工藝的因素。
關鍵詞：金屬基複合材料；網狀陶瓷增強體；潤濕性；泡沫陶瓷；鑄造方法 文獻標識碼：A
中圖分類號：TB331 文章編號：1009-2374（2015）23-0070-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.036
網狀陶瓷增強金屬基複合材料的製備是采用鑄造方法，以金屬作為基體，以網絡結構陶瓷骨架作為增強相，將金屬液澆注到網絡陶瓷的孔隙內部形成複合材料。此法製備的複合材料具有高耐磨性、高耐蝕性、高強度和高硬度等特點，是研究新型複合材料的一個新突破點。
1 研究現狀
國內對網狀陶瓷增強金屬基複合材料的研究主要集中在Al和Mg等輕金屬方麵，而對鋼鐵等重金屬的研究較少。耿浩然等製備了Si3N4網絡結構陶瓷預製體骨架，然後利用無壓浸滲理論製備出Si3N4/Mg複合材料、Si3N4/Al複合材料和Al2O3/Mg複合材料。以上網狀陶瓷增強金屬基複合材料的研究僅限於輕金屬。邢宏偉等用擠壓鑄造法製備了三維網絡SiC/銅合金基複合材料，結果發現，骨架孔徑的減小有細化晶粒、減輕偏析和抑製鉛的偏聚等作用。骨架的存在使錫均勻分散於複合材料網孔邊緣SiC骨架表層附近的微小區域。張友壽等通過鑄造法使金屬液滲入粗顆粒陶瓷預製體間隙來獲得金屬陶瓷複合材料，但是對陶瓷顆粒的尺寸要求極為嚴格。李祖來等利用V-EPC法以陶瓷WC顆粒作為增強體，使用高碳鉻鐵粉末來調節WC顆粒的體積分數，製備出了表麵質量好、尺寸精度高、耐磨性能高的表麵複合材料。
由於連續網狀陶瓷增強金屬基複合材料的研究目前還處於起步階段，國內外的相關報道比較少，如何將二者結合製成複合材料，開發具有良好的強韌性能和高的抗磨損性能的新型金屬基複合材料是我們下一步工作研究的重點。
2 網狀陶瓷的性能要求
作為金屬基複合材料增強體的網狀陶瓷預製體必須具有以下特點：陶瓷通孔率要高、強度要高、與金屬基體要有良好的潤濕性。
隻有滿足上述要求的泡沫陶瓷預製體才能用於金屬基複合材料的製備。因此通常采用有機泡沫浸漬方法製備網狀泡沫陶瓷該工藝，這是因為此製備方法工藝簡單、成本低，而製得的泡沫陶瓷具有高氣孔率和高通
孔率。
3 網狀陶瓷增強金屬基複合材料的製備方法
3.1 擠壓鑄造法
擠壓鑄造法是將一定量的液態金屬直接澆入敞開的金屬型型腔內，在一定時間內凸型以一定的壓力和速度作用於液態金屬上，使熔融或半熔融態的金屬塑性流動和凝固結晶成形的加工過程。其優點是工藝簡單、金屬液易於填充到陶瓷網絡內部、易於成型、成本低、複合材料性能好。
3.2 負壓實型鑄造法
此方法也叫消失模鑄造法。即采用聚苯乙烯泡沫材料（EPC）把增強體網絡陶瓷表麵包圍後，刷上塗料，晾幹後待用。然後將模型埋入幹砂中，震實後在負壓狀態下澆鑄的一種新工藝，它可以獲得精度高、質量好的鑄件。這是因為澆鑄過程中有負壓的存在，保證了聚苯乙烯泡沫在真空下氣化，使其在高溫下氣化產生的氣體及時排放出去，避免了聚苯乙烯泡沫在鑄滲工藝中產生的氣孔和夾渣等缺陷，不僅顯著改善了鑄滲層的質量，而且提高了複合材料的結合強度。
4 影響複合材料製備工藝的因素
4.1 金屬澆注溫度
金屬液最佳澆鑄溫度應高於液相線溫度50℃左右。若過低的澆注溫度會使金屬液迅速降溫、凝固，滲透能力變差，不能順利進入陶瓷孔內，嚴重影響液態金屬的充型和補縮。澆鑄溫度過高將導致金屬熔液嚴重氧化，在陶瓷骨架內出現縮孔或疏鬆的缺陷，以至無法形成良好的複合材料。