專利名稱：感應(yīng)加熱輔助自蔓延反應(yīng)制備金屬陶瓷基復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高頻感應(yīng)加熱輔助自蔓延反應(yīng)制備金屬陶瓷基復(fù)合材料的方法。
屬于材料加工工程技術(shù)領(lǐng)域。
(二)
背景技術(shù)：
近年來，隨著陶瓷材料的大規(guī)模研究開發(fā)，陶瓷加工工藝技術(shù)也越來越引起人們 的關(guān)注。 電磁感應(yīng)加熱技術(shù)簡(jiǎn)稱為IH(Induction Heating)技術(shù)，是在法拉第感應(yīng)定律的 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是法拉第感應(yīng)定律的一種應(yīng)用形式。它具有加熱速度快、加熱效率高、 無污染等優(yōu)點(diǎn)，在家電、淬火、焊接等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 電磁感應(yīng)加熱技術(shù)是利用高頻電加熱原理，將交流電轉(zhuǎn)化為高頻電流，產(chǎn)生高頻 磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)磁力線通過絕緣板作用在鐵質(zhì)容器外殼時(shí)，磁力線被切割，產(chǎn)生大量小渦 流，使鐵質(zhì)容器的自身迅速發(fā)熱，從而達(dá)到加熱的目的。它較目前家電中常用的電熱絲加熱 技術(shù)、遠(yuǎn)紅外加熱技術(shù)、微波加熱技術(shù)等具有無可比擬的優(yōu)越性。
感應(yīng)加熱技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 1、具有精確的加熱深度和加熱區(qū)域，并易于控制； 2、易于實(shí)現(xiàn)高功率密集，加熱速度快，效率高； 3、加熱溫度高，加熱溫度易于控制； 4、加熱溫度由工件表面向內(nèi)部傳導(dǎo)或滲透； 5、采用非接觸式加熱方式，在加熱過程中不易摻入雜質(zhì)； 6、工件材料耗損小，氧化皮生成少； 7、作業(yè)環(huán)境符合環(huán)保要求；
8、易于加熱自動(dòng)化。 在本發(fā)明作出以前，以往制備金屬陶瓷基復(fù)合材料的方法通常是采用單一自蔓延 法，單一自蔓延法在制作較大制件時(shí)反應(yīng)不完全，容易出現(xiàn)燒不透的缺陷。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的大體積自蔓延預(yù)制件反應(yīng)不完全的不足， 提供一種可以提高預(yù)制件自蔓延反應(yīng)的完全性的感應(yīng)加熱輔助自蔓延反應(yīng)制備金屬陶瓷 基復(fù)合材料的方法。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種感應(yīng)加熱輔助自蔓延反應(yīng)制備金屬陶瓷基復(fù)合 材料的方法，所述方法是利用自蔓延反應(yīng)原理，取兩種或兩種以上能進(jìn)行自蔓延反應(yīng)的粉 末，按化學(xué)計(jì)量配制，并加入一定比列的金屬粉末形成復(fù)合材料；混勻后壓制成預(yù)制件；采 用高頻感應(yīng)加熱并點(diǎn)燃預(yù)制件，使其發(fā)生自蔓延反應(yīng)，生成金屬陶瓷基復(fù)合材料；在自蔓延 反應(yīng)結(jié)束后的2-3秒鐘，進(jìn)行模壓，從而獲得金屬陶瓷基復(fù)合材料。所述方法包括以下工藝 過程
步驟一、按化學(xué)計(jì)量配比要求配制復(fù)合粉料 復(fù)合粉料由Ti粉、C粉和Fe粉組成。其中，Ti與C按化學(xué)計(jì)量配比配制，F(xiàn)e粉加 入量為復(fù)合粉料總重量的30wt%。
步驟二、混料 將Ti粉、C粉和Fe粉直接放入攪拌機(jī)中干混合2 4小時(shí)，配制出需要的混合粉 料； 步驟三、壓制預(yù)制件； 將步驟二制得的混合粉料置于模具中，在壓力機(jī)上壓制成預(yù)制件；
步驟四、高頻電磁感應(yīng)加熱輔助自蔓延熱壓； 利用高頻感應(yīng)加熱爐，采用電流60-80A，電壓220V對(duì)預(yù)制件加熱和點(diǎn)燃，使其發(fā)
生自蔓延反應(yīng)生成TiCFe復(fù)合材料，待完全反應(yīng)后的2 3秒，反應(yīng)產(chǎn)物處于觸變狀態(tài)時(shí)，
對(duì)其加壓并保壓1-2分鐘，提高其致密度和強(qiáng)度，制成制件； 步驟五、為防止制件熱應(yīng)力過大產(chǎn)生開裂，制件埋入砂中冷卻。 本發(fā)明的基本構(gòu)思依據(jù)自蔓延(SHS)反應(yīng)是高放熱化學(xué)反應(yīng)過程的原理，并把
電磁感應(yīng)加熱原理、SHS技術(shù)與熱模鍛技術(shù)結(jié)合起來，使SHS反應(yīng)能夠充分進(jìn)行，生成金屬
陶瓷基復(fù)合材料。通過隨后的熱模鍛觸變成形，使其致密化。這里用高頻感應(yīng)加熱方式點(diǎn)
燃復(fù)合材料并使其發(fā)生自蔓延反應(yīng)。由于這一化學(xué)反應(yīng)過程在感應(yīng)加熱及材料自身放出的
高熱能的共同作用下進(jìn)行，所以在反應(yīng)的同時(shí)能夠保持陶瓷粉料、金屬添加物處于熔融態(tài)，
將SHS反應(yīng)蔓延到整個(gè)復(fù)合材料，使生成的陶瓷組分與熔融金屬充分熔合。物料中的金屬
熔化，并與陶瓷顆粒之間形成復(fù)合材料，從而形成完整的金屬陶瓷基復(fù)合材料，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明
的目的。 本發(fā)明可以制成強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，耐高溫的復(fù)合材料。這種方法降低了復(fù)合材料的
變形應(yīng)力，提高了制件的強(qiáng)度。 本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是 1)自蔓延高溫合成(SHS)同電磁感應(yīng)加熱技術(shù)及反應(yīng)熱壓技術(shù)相結(jié)合，可以制得 性能優(yōu)異的復(fù)合材料，同時(shí)利用反應(yīng)放熱提高產(chǎn)物的溫度，從而提高陶瓷顆粒與鐵的結(jié)合 強(qiáng)度，克服了單一自蔓延法在制作較大制件時(shí)出現(xiàn)燒不透的不足，提高了反應(yīng)效率。
2)該復(fù)合陶瓷材料是SHS反應(yīng)在感應(yīng)加熱輔助作用下，利用廉價(jià)的原始材料直接 由反應(yīng)物生成，節(jié)約了材料成本。 3)實(shí)際操作時(shí)的最大電流為60A，電壓220V，加熱制件所需大部分熱能來源于物 料的自身放熱反應(yīng)，節(jié)省了能源。觸變成型，降低了設(shè)備噸位。反應(yīng)溫度高，產(chǎn)物純凈、操作 易于控制。 綜上，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是 1)燃燒完全，制備的金屬陶瓷材料表面光滑、致密、強(qiáng)度高、氣孔率低；
2)熱利用效率高，材料制備成本低；
3)易于控制，安全可靠。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及的感應(yīng)加熱輔助自蔓延反應(yīng)制備金屬陶瓷基復(fù)合材料的方法，所述方
4法包括以下工藝過程 步驟一、按化學(xué)計(jì)量配比要求配制復(fù)合粉料 復(fù)合粉料由Ti、C、Fe粉末組成，分別取粉料粒度為200-270目的Ti粉128g， C粉 32g和Fe粉40g。
步驟二、混料 將Ti粉、C粉和Fe粉直接放入攪拌機(jī)中干混合2 4小時(shí)，配制出需要的混合粉 料。 步驟三、壓制預(yù)制件 將步驟二制得的混合粉料置于模具中，在壓力機(jī)上壓制成預(yù)制件。
步驟四、高頻電磁感應(yīng)加熱輔助自蔓延(SHS)熱壓 利用高頻感應(yīng)加熱爐，采用電流60A，電壓220V對(duì)預(yù)制件加熱和點(diǎn)燃，使其發(fā)生自 蔓延反應(yīng)生成TiCFe復(fù)合材料，待完全反應(yīng)后的2 3秒，反應(yīng)產(chǎn)物處于觸變狀態(tài)時(shí)，對(duì)其 加壓并保壓1分鐘，提高其致密度和強(qiáng)度，制成制件。 步驟五、為防止制件熱應(yīng)力過大產(chǎn)生開裂，制件應(yīng)埋入砂中緩慢冷卻。
權(quán)利要求
感應(yīng)加熱輔助自蔓延反應(yīng)制備金屬陶瓷基復(fù)合材料的方法，其特征在于所述方法是利用自蔓延反應(yīng)原理，取兩種或兩種以上能進(jìn)行自蔓延反應(yīng)的粉末，按化學(xué)計(jì)量配制，并加入一定比列的金屬粉末形成復(fù)合材料；混勻后壓制成預(yù)制件；采用高頻感應(yīng)加熱并點(diǎn)燃預(yù)制件，使其發(fā)生自蔓延反應(yīng)，生成金屬陶瓷基復(fù)合材料；在自蔓延反應(yīng)結(jié)束后的2-3秒鐘，進(jìn)行模壓，從而獲得金屬陶瓷基復(fù)合材料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的感應(yīng)加熱輔助自蔓延反應(yīng)制備金屬陶瓷基復(fù)合材料的方法， 其特征在于所述方法包括以下工藝過程步驟一、按化學(xué)計(jì)量配比要求配制復(fù)合粉料復(fù)合粉料由Ti粉、C粉和Fe粉，其中，Ti與C按化學(xué)計(jì)量配比配制，F(xiàn)e粉加入量為復(fù) 合粉料總重量的30wt% ; 步驟二、混料將Ti粉、C粉和Fe粉直接放入攪拌機(jī)中干混合2 4小時(shí)，配制出需要的混合粉料； 步驟三、壓制預(yù)制件將步驟二制得的混合粉料置于模具中，在壓力機(jī)上壓制成預(yù)制件； 步驟四、高頻電磁感應(yīng)加熱輔助自蔓延熱壓利用高頻感應(yīng)加熱爐，采用電流60-80A，電壓220V對(duì)預(yù)制件加熱和點(diǎn)燃，使其發(fā)生自 蔓延反應(yīng)生成TiCFe復(fù)合材料，待完全反應(yīng)后的2-3秒，反應(yīng)產(chǎn)物處于觸變狀態(tài)時(shí)，對(duì)其加 壓并保壓1-2分鐘，制成制件；步驟五、制件埋入砂中冷卻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種感應(yīng)加熱輔助自蔓延反應(yīng)制備金屬陶瓷基復(fù)合材料的方法，所述方法是利用自蔓延反應(yīng)原理，取兩種或兩種以上能進(jìn)行自蔓延反應(yīng)的粉末，按化學(xué)計(jì)量配制，并加入一定比列的金屬粉末形成復(fù)合材料；混勻后壓制成預(yù)制件；采用高頻感應(yīng)加熱并點(diǎn)燃預(yù)制件，使其發(fā)生自蔓延反應(yīng)，生成金屬陶瓷基復(fù)合材料；在反應(yīng)結(jié)束后的2-3秒鐘，進(jìn)行模壓，從而獲得金屬陶瓷基復(fù)合材料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1)燃燒完全，制備的金屬陶瓷材料表面光滑、致密、強(qiáng)度高、氣孔率低；2)熱利用效率高，材料制備成本低；3)易于控制，安全可靠。
文檔編號(hào)C22C1/05GK101705384SQ20091018261
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者劉禮華, 朱磊, 李吉峰, 湯秀山, 練永明, 譚佃龍, 鄭召全, 陳威 申請(qǐng)人:江陰東大新材料研究院