本發(fā)明涉及粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種多層球形材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

粉末冶金用于制取金屬粉末或者以金屬粉末(或金屬粉末與無機(jī)非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過壓制或注射成型，以及后續(xù)的脫脂、燒結(jié)等工藝過程，制造金屬材料、陶瓷材料和復(fù)合材料以及各種類型制品的工藝技術(shù)。

目前，粉末冶金還存在如下問題：

對(duì)于無機(jī)非金屬陶瓷材料，因其熔化溫度很高，無法進(jìn)行熔融狀態(tài)的霧化造粒，不能形成硬質(zhì)球形顆粒；

采用注射成型工藝的，對(duì)于高硬度粉末材料，因粉末為非球形，高硬度粉末材料與密煉機(jī)、造粒機(jī)和注射機(jī)壁摩擦，尤其是和粉末材料接觸的設(shè)備表面劃傷量很大，容易造成粉末材料污染，導(dǎo)致粉末材料燒結(jié)后表面顏色改變，影響材料性能；同時(shí)，對(duì)于細(xì)小粉末材料，需要很多的粘結(jié)劑將其包覆進(jìn)行密煉造粒，才能夠保證有較好的流動(dòng)性，粘結(jié)劑量增加會(huì)導(dǎo)致后續(xù)脫脂時(shí)間延長(zhǎng)，產(chǎn)品收縮量增加，產(chǎn)品尺寸難以控制。

采用自動(dòng)干壓成型工藝的，非球形粉末不具有穩(wěn)定流動(dòng)性，填充密度不穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量控制難以穩(wěn)定；同時(shí)，需要很多的粘結(jié)劑才可具有保型性，但很多的粘結(jié)劑又導(dǎo)致產(chǎn)品收縮量增加，脫脂時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)，產(chǎn)品尺寸難以控制。

另外，有些粉末材料綜合性能差，例如陶瓷材料或者金屬陶瓷材料，雖然硬度高，但其燒結(jié)溫度高、韌性低，在具有缺口或者沖擊載荷的條件下極容易出現(xiàn)脆性斷裂，例如氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷和氮化硅陶瓷的斷裂韌性很低，不能夠制備耐熱沖擊和應(yīng)力沖擊的結(jié)構(gòu)件。

因此，現(xiàn)有粉末冶金工藝技術(shù)解決不了產(chǎn)品尺寸精度控制難、易變形開裂問題以及綜合性能差的問題，限制了粉末材的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種多層球形材料的新技術(shù)方案。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種多層球形材料的制備方法的新技術(shù)方案。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種多層球形材料的制備方法，包括以下步驟：

S101、對(duì)第一材料粉末進(jìn)行一次造粒，形成第一球形粒子；

S102、將所述第一球形粒子進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，以形成球狀顆粒；

S103、將所述球狀顆粒與第二材料粉末混合進(jìn)行二次造粒，以使第二材料粉末包覆在球狀顆粒表面，得到第二球形粒子；

S104、將第二球形粒子進(jìn)行二次預(yù)燒結(jié)，形成球形材料；

S105、將步驟S104得到的球形材料進(jìn)行后續(xù)成型工藝。

優(yōu)選地，所述第一材料粉末的韌性小于所述第二材料粉末的韌性。

優(yōu)選地，所述第一材料粉末選自非金屬陶瓷粉末和/或金屬陶瓷粉末，所述第二材料粉末選自非金屬陶瓷粉末、金屬陶瓷粉末或者金屬粉末中任一種或多種混合物。

優(yōu)選地，所述的非金屬陶瓷粉末選自氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷或硅化物陶瓷中任一種，所述的金屬陶瓷粉末選自氧化物基金屬陶瓷、碳化物基金屬陶瓷、氮化物基金屬陶瓷、硼化物基金屬陶瓷或硅化物基金屬陶瓷中任一種，所述的金屬粉末選自過渡金屬。

優(yōu)選地，在所述步驟S101中的第一球形粒子通過如下方法制備：

S201、將第一材料粉末、溶劑和磨球置于球磨機(jī)中；

S202、球磨過程中加入粘結(jié)劑，并繼續(xù)球磨至混合均勻；

S203、球磨完成后，過濾掉磨球，將球磨混合完成的懸濁液進(jìn)行噴霧造粒，形成所需第一球形粒子。

優(yōu)選地，在所述步驟S104、S105之間，至少還包括第三次造粒的步驟，以形成至少三層的多層球形材料，所述多層球形材料每一層材料韌性由內(nèi)向外不斷增大。

優(yōu)選地，所述S102步驟，包括：

將所述第一球形粒子進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，以形成相互連接球狀顆粒，所述球狀顆粒的致密度為50％—90％；

對(duì)相互連接的球狀顆粒進(jìn)行振動(dòng)破碎，形成獨(dú)立分散的球狀顆粒，并對(duì)分散的球狀顆粒進(jìn)行分級(jí)篩分，形成粒度分布不同的粒子。

優(yōu)選地，所述S105步驟包括：

對(duì)球形材料進(jìn)行篩選，對(duì)平均粒度為15-20μm的雙層球形材料密煉造粒后進(jìn)行注射成型。

優(yōu)選地，所述S105步驟包括：

對(duì)球形材料進(jìn)行篩選，對(duì)平均粒度為100-200μm的雙層球形材料進(jìn)行干壓成型。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種多層球形材料，所述多層球形材料根據(jù)上述的制備方法制成。

本發(fā)明提供的多層球形材料的制備方法，該制備方法將粉末材料進(jìn)行球化，可以提高粉末材料的裝載量和流動(dòng)性，降低了對(duì)設(shè)備的磨損，可以降低粘結(jié)劑用量，大大縮短脫脂時(shí)間，提高生產(chǎn)率，可以降低產(chǎn)品收縮系數(shù)，降低變形量，提高產(chǎn)品尺寸控制穩(wěn)定性。另外，本發(fā)明提供的多層球形材料綜合性能優(yōu)異，拓寬了應(yīng)用范圍。

本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有粉末冶金工藝解決不了材料綜合性能差的問題。因此，本發(fā)明所要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)任務(wù)或者所要解決的技術(shù)問題是本領(lǐng)域技術(shù)人員從未想到的或者沒有預(yù)期到的，故本發(fā)明是一種多層球形材料及其制備方法新的技術(shù)方案。

通過以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。

附圖說明

被結(jié)合在說明書中并構(gòu)成說明書的一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并且連同其說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的多層球形材料的制備方法的工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的第一材料粉末的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的球狀顆粒的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的第二球形粒子的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。應(yīng)注意到：除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。

以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。

對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為說明書的一部分。

在這里示出和討論的所有例子中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它例子可以具有不同的值。

應(yīng)注意到：相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。

以下對(duì)本發(fā)明和主張的權(quán)利要求中涉及的幾個(gè)關(guān)鍵詞的含義解釋如下：

如本文所用：

脫脂：是指在注射成型過程中，將粘結(jié)劑脫除的工藝過程。

燒結(jié)：是指將粉末或制備的坯體在低于主要組分熔點(diǎn)的溫度下的熱處理，并保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間實(shí)現(xiàn)完全致密化或幾乎完全致密化，目的在于通過顆粒間的冶金；

預(yù)燒結(jié)：是指在低于最終燒結(jié)溫度的溫度下對(duì)壓坯的加熱處理，實(shí)現(xiàn)部分致密化的過程。

韌性：是指材料在塑性變形和斷裂過程中吸收能量的能力。韌性越好，則發(fā)生脆性斷裂的可能性越小。

致密度：燒結(jié)的致密化水平，即實(shí)際密度相對(duì)理論完全致密的百分比。

裝載量：是指在滿足注射成型條件下，粉末體積占喂料(即粉末與粘結(jié)劑的混合物)體積的百分?jǐn)?shù)。

其中，裝載量低會(huì)造成材料收縮系數(shù)大，材料燒結(jié)后尺寸不穩(wěn)定，也會(huì)造成產(chǎn)品各個(gè)部位變形不一致，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，存在燒結(jié)后變形、開裂等問題。

平均粒度：一個(gè)樣品的累計(jì)粒度分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到50％時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑，它的物理意義是粒徑大于它的顆粒占50％，小于它的顆粒也占50％。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多層球形材料的制備方法，如圖1所示，包括以下步驟：

S101、對(duì)第一材料粉末進(jìn)行一次造粒，形成第一球形粒子。

具體的，上述第一球形粒子可通過如下方法制備：

S201、提供第一材料粉末，加入溶劑和磨球，一起置于球磨機(jī)中；

S202、球磨過程中加入粘結(jié)劑，并繼續(xù)球磨至混合均勻；

S203、球磨完成后，過濾掉磨球，將球磨混合完成的懸濁液置于噴霧造粒機(jī)中，對(duì)上述懸濁液進(jìn)行一次噴霧造粒，形成所需第一球形粒子。

優(yōu)選的，上述第一材料粉末選自非金屬陶瓷粉末和/或金屬陶瓷粉末，即可以是非金屬陶瓷粉末或金屬陶瓷粉末任一種，也可以是兩種的混合。其中，非金屬陶瓷粉末選自氧化物陶瓷(例如氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣或氧化鉻)、氮化物陶瓷(例如氮化鈦、氮化硼、氮化硅和氮化鉭、碳化鎢硬質(zhì)合金、碳化鈦或氮化鈦)、碳化物陶瓷(碳氮化鈦、碳化硅、碳化鈦、碳氮化鈦或碳化鎢)、硼化物陶瓷(硼化鈦、硼化鉭、硼化釩、硼化鉻、硼化鋯、硼化鎢、硼化鉬、硼化鈮或硼化鉿)或者硅化物陶瓷(例如硅化錳、硅化鐵、硅化鈷、硅化鎳、硅化鈦、硅化鋯、硅化鈮、硅化釩或硅化鈮)中的任一種；所述的金屬陶瓷粉末選自氧化物基金屬陶瓷、碳化物基金屬陶瓷、氮化物基金屬陶瓷、硼化物基金屬陶瓷或硅化物基金屬陶瓷中任一種。

優(yōu)選的，上述溶劑可以選擇水，或者是有機(jī)溶劑，例如無水乙醇、丙酮、苯或四氯化碳等。而上述球磨可以使用各種球磨方式，例如行星球磨、滾動(dòng)球磨、攪拌球磨、振動(dòng)球磨或砂磨機(jī)等，球磨時(shí)間可以為10min—300h。

優(yōu)選的，上述粘結(jié)劑可以選擇聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛、石蠟或者橡膠等。

需要說明的是，因?yàn)楦鞣N陶瓷材料粉末的熔點(diǎn)均非常高，如果想要對(duì)其進(jìn)行霧化造粒，需要及其高的溫度，通常溫度在3500℃以上，現(xiàn)有的設(shè)備無法滿足這一溫度要求，因此上述第一球形粒子通過噴霧造粒生產(chǎn)。

進(jìn)一步的，為了提高裝載量、降低后續(xù)粘結(jié)劑的使用，步驟S101中具有一定粒度和粒度分布的第一球形粒子是對(duì)步驟S203所形成球形顆粒的篩選，所述的粒度分布可以是1μm—300μm粒度范圍的粉末的組合，上述第一球形粒子粒度分布可用于后續(xù)的干壓成型，而若后期工藝選擇注射成型，則粒度分布可以進(jìn)一步限定為15μm—18μm。顯然，也可以根據(jù)具體使用需要，通過改變后期二次造粒的時(shí)間，將第一球形粒子粒度限定成需要的范圍內(nèi)。

本發(fā)明實(shí)施例的第一材料粉末結(jié)構(gòu)如圖2所示，粉末球化可以避免對(duì)機(jī)器的損傷，可以提高粉末松裝密度，降低粒狀粉末顆粒的比表面積，從而提高裝載量，并且第一球形粒子之間不會(huì)產(chǎn)生尖銳摩擦，在后期成型工藝中流動(dòng)性好、第一球形粒子力傳遞效果好、各部分密度和應(yīng)力分布相對(duì)均勻，因此制成產(chǎn)品的保形性更好。

S102、將所述第一球形粒子進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，以形成球狀顆粒，球狀顆粒結(jié)構(gòu)如圖3所示，具體包括：

將所述第一球形粒子進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，以形成相互連接球狀顆粒，所述球狀顆粒的致密度為50％—90％；

對(duì)相互連接的球狀顆粒進(jìn)行振動(dòng)破碎，形成獨(dú)立分散的球狀顆粒，并對(duì)分散的球狀顆粒進(jìn)行分級(jí)篩分，形成粒度分布不同的粒子。

上述球狀顆粒相互連接是指在球狀顆粒被預(yù)燒結(jié)致密度為50％—90％時(shí)，球狀顆粒相互之間連接起來，但又不完全粘接在一起成塊狀，便于破碎成分散的球狀顆粒。破碎目標(biāo)是將預(yù)燒結(jié)過程中的球狀顆粒之間的粘連部分破開，破碎方式根據(jù)實(shí)際需要選擇，可以選擇振動(dòng)篩網(wǎng)破碎，振動(dòng)力大小使球形粒子本身不被破碎，只將粒子之間的連接處破開。

本發(fā)明實(shí)施例中第一球形粒子的預(yù)燒結(jié)在燒結(jié)氣氛中進(jìn)行，在預(yù)燒結(jié)前，先將該球形顆粒放入脫脂爐中，常規(guī)脫脂條件下進(jìn)行脫脂，而預(yù)燒結(jié)溫度的高低根據(jù)預(yù)燒結(jié)具體第一材料粉末的種類設(shè)定，范圍可以是300℃—2000℃。例如硬質(zhì)合金顆粒粒子的預(yù)燒結(jié)溫度為1000℃—1200℃，氧化鋁的預(yù)燒結(jié)溫度為1200℃—1400℃，以使球狀顆粒致密度為50％—90％，預(yù)燒結(jié)后球狀顆粒具有一定的強(qiáng)度，使球狀顆粒在后期加工過程中，例如密煉、造?；蛘咦⑺艹尚偷倪^程中被破碎失效。并且，預(yù)燒結(jié)后球狀顆粒具有一定強(qiáng)度和致密度，可以提高粉料的裝載量，而球形粒子相對(duì)于粉末具有優(yōu)異的流動(dòng)性，注塑成型后降低材料內(nèi)部應(yīng)力和分布不均現(xiàn)象，避免燒結(jié)后脆性材料開裂。其中，燒結(jié)氣氛根據(jù)具體第一材料粉末的種類進(jìn)行選擇，可以是大氣氣氛、氫氣氣氛、惰性氣體氣氛、甲烷氣體氣氛、氮?dú)鈿夥蘸桶睔鈿夥盏囊环N或者多種組合。

S103、將所述球狀顆粒與第二材料粉末混合進(jìn)行二次造粒，以使第二材料粉末包覆在球狀顆粒表面，得到第二球形粒子。本實(shí)施例的第二材料粉末選自非金屬陶瓷粉末、金屬陶瓷粉末或者金屬粉末中任一種或多種混合物，其中，非金屬陶瓷粉末選自可以選自如氧化物陶瓷(例如氧化鋯、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈣或氧化鉻)、氮化物陶瓷(例如氮化鈦、氮化硼、氮化硅和氮化鉭、碳化鎢硬質(zhì)合金、碳化鈦或氮化鈦)、碳化物陶瓷(碳氮化鈦、碳化硅、碳化鈦、碳氮化鈦或碳化鎢)、硼化物陶瓷(硼化鈦、硼化鉭、硼化釩、硼化鉻、硼化鋯、硼化鎢、硼化鉬、硼化鈮或硼化鉿)或者硅化物陶瓷(例如硅化錳、硅化鐵、硅化鈷、硅化鎳、硅化鈦、硅化鋯、硅化鈮、硅化釩或硅化鈮)中的任一種，所述的金屬陶瓷粉末選自氧化物基金屬陶瓷、碳化物基金屬陶瓷、氮化物基金屬陶瓷、硼化物基金屬陶瓷或硅化物基金屬陶瓷中任一種，所述的金屬粉末選自過度元素，即過渡金屬，可以理解的是，根據(jù)需要也可以選擇過渡金屬的合金。

優(yōu)選的，所述第一材料粉末的韌性小于所述第二材料粉末的韌性。第一材料粉末與第二材料粉末的質(zhì)量比為3:1-1:3?？梢岳斫獾氖?，第一材料粉末的硬度高、韌性低，第二材料粉末的韌性高、硬度低，而雙層結(jié)構(gòu)結(jié)合內(nèi)部第一材料粉末高硬度特性和外部第二材料粉末高韌性特性，形成性能優(yōu)化的雙層結(jié)構(gòu)。例如，第一材料粉末采用韌性較小的非金屬陶瓷粉末或金屬陶瓷粉末任一種，或其混合粉末，制得球狀顆粒，第二材料粉末采用韌性較大的陶瓷、金屬陶瓷或者金屬粉末任一種，或其混合粉末，對(duì)球狀顆粒進(jìn)行二次造粒，使原粒子表面包裹一層韌性更大的陶瓷、金屬陶瓷或者金屬粉末。

其中，第二材料粉末要與溶劑和粘結(jié)劑混合，混合后除去溶劑，然后才與球狀顆粒進(jìn)行二次造粒。

優(yōu)選地，所述二次造粒的方法采用滾動(dòng)造?；蛘邎A盤造粒。

S104、將第二球形粒子進(jìn)行二次預(yù)燒結(jié)，形成球形材料，如圖4所示。通過對(duì)二次造粒后的粒子再次進(jìn)行燒結(jié)，使包裹在球狀顆粒表面的第二材料粉末與球狀顆粒粘接牢固，形成兩層不同性質(zhì)復(fù)合粒子。例如第一材料粉末為硬度高的非金屬陶瓷粉末，第二材料粉末為韌性較高的金屬粉末，二次造粒后金屬粉末將非金屬陶瓷粉末包裹，形成外層是金屬材料，內(nèi)襯為陶瓷材料的雙層顆粒，然后將顆粒放入還原氣氛的燒結(jié)爐中進(jìn)行第二次預(yù)燒結(jié)，在燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力的作用下，金屬粉末部分熔化并且熔滲到陶瓷顆粒內(nèi)部，形成具有很好綜合性能(例如高韌性高硬度)的雙層球形材料。

其中，根據(jù)第二材料粉末的種類，燒結(jié)溫度為第二材料粉末的熔點(diǎn)溫度的50％-90％，保證第二材料粉末部分熔化和球狀顆粒結(jié)合。燒結(jié)氣氛根據(jù)粉末重量，可選擇大氣氣氛、氫氣氣氛、惰性氣體氣氛、甲烷氣體氣氛、氮?dú)鈿夥?、分解氨氣氣氛的一種或者多種組合。

通過對(duì)第二球形粒子進(jìn)行預(yù)燒結(jié)使其具有更好強(qiáng)度和致密度，進(jìn)一步提高裝載量，注塑成型后降低材料內(nèi)部應(yīng)力，避免脆性材料開裂；同時(shí)，具有更好的強(qiáng)度，可以避免在密煉、造?；蛘咦⑺艹尚偷倪^程中被破碎失效。

優(yōu)選地，在所述S104步驟前，所述方法還包括：

根據(jù)尺寸對(duì)球狀顆粒進(jìn)行篩選，得到不同粒徑的球狀顆粒，選取不同粒徑范圍的粒子進(jìn)行混合，并在脫脂條件下進(jìn)行脫脂。其中，不同粒徑的球狀顆粒進(jìn)行混合，可以提高裝載量，從而降低粘結(jié)劑的使用量，降低脫脂時(shí)間。

在本發(fā)明另一實(shí)施例中，在二次造粒后至少還包括第三次造粒的步驟，以形成至少三層的多層球形材料，所述多層球形材料每一層材料韌性由內(nèi)向外不斷增大。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，多層球形材料根據(jù)每一層的選材的性質(zhì)不同得到的多層球形材料綜合性質(zhì)將不同，具體可以根據(jù)使用需求不同進(jìn)行調(diào)整層數(shù)和每一層的材料。

S105、將步驟S104得到的球形材料進(jìn)行后續(xù)成型工藝。具體包括：

根據(jù)尺寸對(duì)球形材料進(jìn)行篩選，對(duì)平均粒度為15-20μm的雙層球形材料進(jìn)行密煉、造粒工藝后進(jìn)行注射成型；對(duì)平均粒度為100-200μm的雙層球形材料進(jìn)行干壓成型，也可用于3D打印工藝。當(dāng)然，平均粒度可以通過二次造粒的時(shí)間等工藝條件進(jìn)行控制，可根據(jù)雙層球形材料的用途進(jìn)行平均粒度的控制。

本發(fā)明實(shí)施例的雙層球形材料或者多層球形材料可以采用干壓或注射成型的。例如選取上述制備多層球形材料制備方法制備的雙層球形材料，兩種材料結(jié)合成一個(gè)球形材料，在注射成型或者干壓成型并進(jìn)行脫脂、燒結(jié)工藝后，內(nèi)外層材料相互結(jié)合，形成內(nèi)硬外韌的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，材料具備優(yōu)異的綜合性能。

具體的，干壓工藝是將制備的球形材料與少量的粘結(jié)劑進(jìn)行混合，然后進(jìn)行壓制，可以是手動(dòng)干壓成型工藝，也可以是自動(dòng)干壓成型工藝，然后對(duì)成型后的坯料進(jìn)行脫脂、燒結(jié)，形成最終產(chǎn)品毛坯。粘結(jié)劑為聚乙烯醇、聚乙烯醇縮丁醛或者石蠟，粘結(jié)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為球形材料與粘結(jié)劑總質(zhì)量的0.1％-2％。而脫脂可以采用熱脫脂工藝、也可以采用溶劑脫脂工藝，也可以采用催化脫脂工藝。

注射成型工藝是將制備的球形材料與粘結(jié)劑進(jìn)行混煉，將混煉后的材料進(jìn)行切割造粒，優(yōu)選為直徑為2-5mm，長(zhǎng)度3-10mm的圓柱形粒子，將制備的粒子進(jìn)行注射成型，形成產(chǎn)品胚料形狀。上述粘結(jié)劑可以是蠟基粘結(jié)劑、塑基粘結(jié)劑或者水基粘結(jié)劑，也可以是兩種粘結(jié)劑的組合；上述的脫脂可以采用熱脫脂工藝、溶劑脫脂工藝和催化脫脂工藝，也可以是這幾種工藝的組合；上述燒結(jié)可以是真空燒結(jié)、氣氛燒結(jié)，也可以是幾種燒結(jié)工藝的組合。

需要說明的是，現(xiàn)有的某些材料的注射成型工藝的脫脂時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾十個(gè)小時(shí)，例如臘基氧化鋁或者碳化鎢金屬陶瓷，這對(duì)生產(chǎn)效率造成了極大的阻礙。在多層球形材料制備過程中，本發(fā)明通過將脫脂分成幾段進(jìn)行處理，預(yù)燒結(jié)和二次預(yù)燒結(jié)之前均進(jìn)行脫脂，即將球狀顆粒、第二球形粒子分別進(jìn)行脫脂和預(yù)燒結(jié)，后面形成的雙層球形材料沒有粘結(jié)劑。因?yàn)殡p層球形材料相對(duì)于粉末比表面積小，因此，雙層球形材料在后續(xù)進(jìn)行混煉時(shí)，加入的粘結(jié)劑的量就相對(duì)少，脫脂時(shí)球形顆粒之間的空隙比原始粉料之間的空隙通道大，大大縮短脫脂時(shí)間，提高生產(chǎn)率。

實(shí)施例1

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種多層球形材料，所述多層球形材料根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的多層球形材料制備方法制成；該制備方法，包括如下步驟：

選取平均粒度為0.6μm和平均粒度為3μm的硬質(zhì)合金碳化鎢，以及純度為99.9％的鈷粉作為原材料；需要說明的是，平均粒度為3μm的硬質(zhì)合金碳化鎢比平均粒度為0.6μm的硬質(zhì)合金碳化鎢的韌性要大。

配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3％鈷、97％碳化鎢的兩種材料混合粉末，其中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97％的碳化鎢的平均粒度為0.6μm；

配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為15％鈷、85％碳化鎢的兩種材料混合粉末，其中，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85％的碳化鎢的平均粒度為3μm；

將4kg的3％鈷、97％碳化鎢的混合粉末加入到球磨機(jī)中，繼續(xù)加入無水乙醇4L作為溶劑，加入硬質(zhì)合金球6kg進(jìn)行球磨，球磨一段時(shí)間后加入40g的石蠟繼續(xù)球磨。其中，球磨機(jī)容積為8L，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為350rpm，球磨5h，球磨后出料，過濾掉硬質(zhì)合金球，得到上述混合粉末的混合液；

將上述混合液加入到噴霧干燥機(jī)中進(jìn)行噴霧造粒，噴霧干燥機(jī)轉(zhuǎn)速為12000rpm，得到粒度分布在5μm-35μm的球形顆粒。再將球形顆粒放入脫脂爐中進(jìn)行脫脂，脫脂溫度為600℃，時(shí)間為3h，并繼續(xù)升溫至1200℃進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，得到具有一定強(qiáng)度的球狀顆粒；

將該球狀顆粒浸入如淀粉的多糖溶液，并取出進(jìn)行干燥，得到表面包覆多糖的球狀顆粒；

另取3kg的15％鈷、85％碳化鎢的混合粉末，加入無水乙醇4L作為溶劑，放入行星球磨機(jī)中進(jìn)行混合，球磨一段時(shí)間后加入40g的石蠟繼續(xù)球磨，混合后采用真空干燥方式干燥除去溶劑，然后將干燥完全的混合粉末與上述表面包覆多糖的球狀顆粒在滾筒造粒或者圓盤造粒機(jī)中進(jìn)行滾動(dòng)造粒，以得到雙層結(jié)構(gòu)。該雙層結(jié)構(gòu)為球狀顆粒表面包覆一層15％鈷、85％碳化鎢的混合粉末，進(jìn)行分級(jí)篩分，得到粒度分布在5—20μm之間的第二球形粒子；

對(duì)第二球形粒子進(jìn)行脫脂和預(yù)燒結(jié)，脫脂時(shí)間為2h，脫脂溫度為600℃，預(yù)燒結(jié)溫度為1200℃，得到雙層球形材料。將雙層球形材料加入蠟基粘結(jié)劑，進(jìn)行干壓成型，或者繼續(xù)進(jìn)行混煉造粒，得到用于注射的硬質(zhì)合金喂料。

實(shí)施例2

本實(shí)施例提供一種多層球形材料的制備方法，該制備方法包括如下步驟：

將平均粒度為500nm的氧化鋯材料粉末加入行星球磨機(jī)或者砂磨機(jī)，加入無水乙醇和丙酮的混合溶劑，其中無水乙醇和丙酮的比例各占50％，而溶劑和氧化鋯材料粉末的質(zhì)量比為6:1；再加入直徑為3mm、6mm、10mm氧化鋯磨球，上述不同直徑的氧化鋯磨球重量比為5:3:2；并向混合溶劑中加入氧化鋯重量1.5％的聚乙烯醇縮丁醛，球磨混合1小時(shí)，過濾掉氧化鋯磨球，形成氧化鋯懸濁液。

將上述制備的懸濁液加入到噴霧造粒機(jī)中進(jìn)行噴霧造粒，調(diào)節(jié)噴霧干燥機(jī)轉(zhuǎn)速至8000rpm，干燥機(jī)入口溫度為80℃，出口溫度為100℃，調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵流速為20ml/min，形成粒徑分布為5μm-15μm的氧化鋯球形顆粒；

將氧化鋯球形顆粒加入脫脂爐中進(jìn)行脫脂，脫脂最高溫度為600℃，脫脂時(shí)間為5h，脫脂完成后，對(duì)氧化鋯球形顆粒進(jìn)行預(yù)燒結(jié)或者轉(zhuǎn)放入大氣燒結(jié)爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，預(yù)燒結(jié)最高溫度為1200℃，形成具有一定強(qiáng)度、相互部分粘連的氧化鋯球形粒子；

對(duì)上述相互部分粘連的氧化鋯球形粒子放入振動(dòng)篩中，并加入硬質(zhì)合金球顆粒振動(dòng)破碎，進(jìn)行分級(jí)篩分，得到具有不同粒徑分布的氧化鋯球形粒子；

取鈷金屬粉末，加入到球磨機(jī)中，并向其中加入有機(jī)溶劑和40g的石蠟，并進(jìn)行球磨混合，混合時(shí)間為20min，混合均勻后過濾掉磨球并真空干燥，得到混合有石蠟的鈷粉末；

篩選粒徑為5—15μm段的氧化鋯球形粒子，放入淀粉溶液，然后取出干燥，向表面包覆淀粉后具有粘性的氧化鋯球形粒子中加入混合有石蠟的鈷粉末，氧化鋯球形粒子與鈷金屬粉末的質(zhì)量比為5:1，使用V型混料機(jī)進(jìn)行預(yù)混合，然后放入滾筒造粒機(jī)或者圓盤造粒機(jī)中進(jìn)行二次造粒，得到表面包覆鈷金屬粉末的雙層球形粒子，其平均粒度為20μm；

然后將雙層球形粒子放入氫氣爐中進(jìn)行脫脂和二次預(yù)燒結(jié)，預(yù)燒結(jié)溫度為1100℃，得到具有一定強(qiáng)度的雙層球形材料。

上述雙層球形材料在一個(gè)具體應(yīng)用中，為了增加流動(dòng)性，向該雙層球形材料中加入聚甲醛、高密度聚乙烯等粘結(jié)劑，然后進(jìn)行密煉造粒，得到用于注射成型工藝用喂料；

對(duì)喂料進(jìn)行注射成型，得到所需產(chǎn)品形狀，將產(chǎn)品置于還原氣氛下燒結(jié)，燒結(jié)最高溫度為1450℃，保溫兩個(gè)小時(shí)，得到所需尺寸產(chǎn)品。

上述實(shí)施例的二次造粒還可以通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

取鈷金屬粉末，加入到球磨機(jī)中，并向其中加入有機(jī)溶劑和40g的石蠟，并進(jìn)行球磨混合，混合時(shí)間為20min，混合均勻后過濾掉磨球并真空干燥，得到混合有石蠟的鈷粉末；

將15μm-200μm的氧化鋯球形粒子加入到滾筒造粒機(jī)或者圓盤造粒機(jī)中，并加入混有石蠟的鈷粉，在造粒機(jī)中進(jìn)行二次包覆造粒，得到表面包覆有金屬鈷粉末、粒徑大小分布為20—250μm的雙層球形粒子，該雙層球形粒子可用于干壓成型。

在本發(fā)明另一實(shí)施例中，提供了一種多層球形材料，所述多層球形材料根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制備方法制成。

雖然已經(jīng)通過例子對(duì)本發(fā)明的一些特定實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上例子僅是為了進(jìn)行說明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，對(duì)以上實(shí)施例進(jìn)行修改。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求來限定。