本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種耐高溫陶瓷金屬材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

磨損是預(yù)制件產(chǎn)生失效的一種最基本的類型，目前普遍存在于冶金，礦山、火電、機(jī)械、水泥、煤礦等許多行業(yè)。這造成了原材料的極大浪費(fèi)和能源的巨大的消耗，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國每年消耗金屬耐磨材料高達(dá)500萬噸以上?？梢娞岣邫C(jī)械設(shè)備及零部件的耐磨性能，可以有效減少能源的消耗，也可以提高勞動生產(chǎn)率。

石英粉是一種堅硬、耐磨、耐高溫、化學(xué)性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，廣泛應(yīng)用于建筑、電子、化工、機(jī)械等領(lǐng)域，通過對石英粉的改性加工，使其性能增強(qiáng)并應(yīng)用于金屬材料中效果顯著。

針對上述情況，有人提出將金屬和陶瓷制成復(fù)合材料，陶瓷金屬復(fù)合材料是將陶瓷的高耐磨、高硬度性能和金屬材料的韌性結(jié)合起來的一種新型復(fù)合材料?，F(xiàn)在我國使用的金屬陶瓷復(fù)合材料，主要通過國外進(jìn)口，我國生產(chǎn)的金屬陶瓷復(fù)合材料，其性能在現(xiàn)階段與進(jìn)口產(chǎn)品相比，還有一定的差距。不論國內(nèi)還是國外的金屬陶瓷復(fù)合材料，其主要工藝原理是依靠陶瓷顆粒增強(qiáng)金屬材料的方法制造。

目前，研究最多的是以氧化鋁，碳化硅，碳化鎢陶瓷顆粒為骨料，合金粉末或基體金屬粉末為填充劑，選擇合適的粘結(jié)劑，壓制成型，制成預(yù)制塊，烘干。在真空燒結(jié)爐內(nèi)熔化合金粉末、基體金屬粉末，把陶瓷顆粒粘接成多孔的陶瓷預(yù)制體。然后再澆鑄基體金屬液。在澆鑄基體金屬液時，合金粉末熔化，金屬液填充至該合金粉末的孔隙中，這樣的預(yù)制體是靠粘接劑粘接成型易脆裂、易剝落?？紫毒鶆蛐圆?，在澆鑄基體金屬液時，基體金屬液滲透不透徹，不均勻，陶瓷顆粒和基體金屬液的粘接性較差，從而導(dǎo)致耐磨性能較差，抗沖擊性能差。因此，現(xiàn)有的陶瓷金屬材料及其制備工藝需要改進(jìn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種耐高溫陶瓷金屬材料及其制備方法，本發(fā)明的陶瓷金屬材料性能優(yōu)良，穩(wěn)定性好，具有優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕以及耐沖擊等性能，應(yīng)用于多種領(lǐng)域，且制備方法簡單可靠，具有廣闊的市場前景。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種耐高溫陶瓷金屬材料，包括以下按重量份計的原料：加氣鋁粉20-30份、二氧化硅15-25份、氧化鐵10-20份、氧化鎂10-20份、氧化鋅10-20份、改性石英粉8-12份、凹土粉5-15份、碳化硅纖維4-8份、斜發(fā)沸石粉3-7份、鋁礬土3-5份、微晶蠟2-6份、硼氫化鋰3-5份、發(fā)泡劑1-5份、分散劑1-5份、穩(wěn)泡劑1-3份和穩(wěn)定劑1-3份；

所述改性石英粉的制備工藝包括以下步驟：

1)稱取石英粉在干燥箱中90-120℃預(yù)熱干燥1-2h，加入占石英粉質(zhì)量百分比8-12％的25％氨水溶液，在80-90℃下攪拌2-3h，過濾出石英粉，干燥；

2)再向干燥后的石英粉中加入其質(zhì)量6-8％的偶聯(lián)劑，在70-80℃下攪拌2-3h，過濾出石英粉；

3)最后將過濾出的石英粉輸送至真空干燥箱內(nèi)，在真空度為0.05-0.1mpa，90-100℃的條件下干燥加熱2-3h后得改性石英粉。

進(jìn)一步地，所述陶瓷金屬材料包括以下按重量份計的原料：加氣鋁粉25份、二氧化硅20份、氧化鐵15份、氧化鎂15份、氧化鋅15份、改性石英粉10份、凹土粉10份、碳化硅纖維6份、斜發(fā)沸石粉5份、鋁礬土4份、微晶蠟4份、硼氫化鋰4份、發(fā)泡劑3份、分散劑3份、穩(wěn)泡劑2份和穩(wěn)定劑2份。

優(yōu)選地，所述發(fā)泡劑為十二烷基硫酸鈉、硅酸鈉或碳酸鈣中的一種。

優(yōu)選地，所述分散劑為三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉或焦磷酸鈉中的一種。

優(yōu)選地，所述穩(wěn)泡劑為硅樹脂聚醚乳液、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇中的一種。

優(yōu)選地，所述穩(wěn)定劑為抗氧劑1010、抗氧劑1076或抗氧劑tnp中的一種。

一種耐高溫陶瓷金屬材料的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：

(1)按照所述重量份配比稱取原料；

(2)將除發(fā)泡劑、分散劑、穩(wěn)泡劑和穩(wěn)定劑的其它原料混合研磨至粒徑≤2mm，得物料；

(3)將物料輸送至熔煉爐中進(jìn)行熔煉處理，得金屬熔融體；

(4)待金屬熔融體空冷至溫度為360-420℃時，加入發(fā)泡劑、分散劑、穩(wěn)泡劑和穩(wěn)定劑混勻；

(5)將步驟(4)得到的金屬熔融體通過負(fù)壓澆鑄至固定鑄型中即可。

進(jìn)一步地，在步驟(3)中，所述熔煉溫度為780-860℃，熔煉時間為40-60min，熔煉爐內(nèi)充入氮氣或者氬氣作為保護(hù)氣體。

本發(fā)明具有如下的有益效果：

(1)本發(fā)明的陶瓷金屬材料制備工藝簡單方便，減少了勞動力的輸出和生產(chǎn)成本的投入，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，具有廣闊的市場前景；

(2)本發(fā)明的陶瓷金屬材料組分合理，比例協(xié)調(diào)，其結(jié)構(gòu)中存在的大量閉合微孔使其具有優(yōu)良的性能，穩(wěn)定性好，具有優(yōu)異的耐高溫、耐腐蝕以及耐沖擊等性能，有效地降低材料的脆弱性，增強(qiáng)了材料的強(qiáng)度，延長了陶瓷金屬材料的使用壽命。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步描述，以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實施例1

一種耐高溫陶瓷金屬材料，包括以下原料：加氣鋁粉20kg、二氧化硅15kg、氧化鐵10kg、氧化鎂10kg、氧化鋅10kg、改性石英粉8kg、凹土粉5kg、碳化硅纖維4kg、斜發(fā)沸石粉3kg、鋁礬土3kg、微晶蠟2kg、硼氫化鋰3kg、發(fā)泡劑1kg、分散劑1kg、穩(wěn)泡劑1kg和穩(wěn)定劑1kg；

所述改性石英粉的制備工藝包括以下步驟：

1)稱取石英粉在干燥箱中90℃預(yù)熱干燥1h，加入占石英粉質(zhì)量百分比8％的25％氨水溶液，在80℃下攪拌2h，過濾出石英粉，干燥；

2)再向干燥后的石英粉中加入其質(zhì)量6％的偶聯(lián)劑，在70℃下攪拌2h，過濾出石英粉；

3)最后將過濾出的石英粉輸送至真空干燥箱內(nèi)，在真空度為0.05mpa，90-100℃的條件下干燥加熱2h后得改性石英粉。

其中，上述的發(fā)泡劑采用十二烷基硫酸鈉；穩(wěn)泡劑采用硅樹脂聚醚乳液；穩(wěn)定劑采用抗氧劑1010；分散劑采用三聚磷酸鈉。

一種耐高溫陶瓷金屬材料的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：

(1)先將加氣鋁粉、二氧化硅、氧化鐵、氧化鎂、氧化鋅、改性石英粉、凹土粉、碳化硅纖維、斜發(fā)沸石粉、鋁礬土、微晶蠟和硼氫化鋰混合研磨至粒徑≤2mm，得物料；

(2)再將物料輸送至熔煉爐中進(jìn)行熔煉處理，熔煉溫度設(shè)定為780℃，熔煉時間控制在40min，且熔煉爐內(nèi)充入氮氣作為保護(hù)氣體，熔煉結(jié)束得金屬熔融體；

(3)之后待金屬熔融體空冷至溫度為360℃，并在此時加入發(fā)泡劑、分散劑、穩(wěn)泡劑和穩(wěn)定劑混勻；

(4)最后將步驟(3)得到的金屬熔融體通過負(fù)壓澆鑄至固定鑄型中即制得本發(fā)明的耐高溫陶瓷金屬材料。

實施例2

一種耐高溫陶瓷金屬材料，包括以下原料：加氣鋁粉25kg、二氧化硅20kg、氧化鐵15kg、氧化鎂15kg、氧化鋅15kg、改性石英粉10kg、凹土粉10kg、碳化硅纖維6kg、斜發(fā)沸石粉5kg、鋁礬土4kg、微晶蠟4kg、硼氫化鋰4kg、發(fā)泡劑3kg、分散劑3kg、穩(wěn)泡劑2kg和穩(wěn)定劑2kg；

所述改性石英粉的制備工藝包括以下步驟：

1)稱取石英粉在干燥箱中105℃預(yù)熱干燥1.5h，加入占石英粉質(zhì)量百分比10％的25％氨水溶液，在85℃下攪拌2.5h，過濾出石英粉，干燥；

2)再向干燥后的石英粉中加入其質(zhì)量6-8％的偶聯(lián)劑，在75℃下攪拌2.5h，過濾出石英粉；

3)最后將過濾出的石英粉輸送至真空干燥箱內(nèi)，在真空度為0.08mpa，95℃的條件下干燥加熱2.5h后得改性石英粉。

其中，上述的發(fā)泡劑采用硅酸鈉；分散劑采用六偏磷酸鈉；穩(wěn)泡劑采用聚丙烯酰胺；穩(wěn)定劑采用抗氧劑1076。

一種耐高溫陶瓷金屬材料的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：

(1)先將加氣鋁粉、二氧化硅、氧化鐵、氧化鎂、氧化鋅、改性石英粉、凹土粉、碳化硅纖維、斜發(fā)沸石粉、鋁礬土、微晶蠟和硼氫化鋰混合研磨至粒徑≤2mm，得物料；

(2)再將物料輸送至熔煉爐中進(jìn)行熔煉處理，熔煉溫度設(shè)定為820℃，熔煉時間控制在50min，且熔煉爐內(nèi)充入氬氣作為保護(hù)氣體，熔煉結(jié)束得金屬熔融體；

(3)之后待金屬熔融體空冷至溫度為390℃，并在此時加入發(fā)泡劑、分散劑、穩(wěn)泡劑和穩(wěn)定劑混勻；

(4)最后將步驟(3)得到的金屬熔融體通過負(fù)壓澆鑄至固定鑄型中即制得本發(fā)明的耐高溫陶瓷金屬材料。

實施例3

一種耐高溫陶瓷金屬材料，包括以下原料：加氣鋁粉30kg、二氧化硅25kg、氧化鐵20kg、氧化鎂20kg、氧化鋅20kg、改性石英粉12kg、凹土粉15kg、碳化硅纖維8kg、斜發(fā)沸石粉7kg、鋁礬土5kg、微晶蠟6kg、硼氫化鋰5kg、發(fā)泡劑5kg、分散劑5kg、穩(wěn)泡劑3kg和穩(wěn)定劑3kg；

所述改性石英粉的制備工藝包括以下步驟：

1)稱取石英粉在干燥箱中120℃預(yù)熱干燥2h，加入占石英粉質(zhì)量百分比12％的25％氨水溶液，在90℃下攪拌3h，過濾出石英粉，干燥；

2)再向干燥后的石英粉中加入其質(zhì)量8％的偶聯(lián)劑，在80℃下攪拌3h，過濾出石英粉；

3)最后將過濾出的石英粉輸送至真空干燥箱內(nèi)，在真空度為0.1mpa，100℃的條件下干燥加熱3h后得改性石英粉。

其中，上述的發(fā)泡劑采用碳酸鈣；分散劑采用焦磷酸鈉；穩(wěn)泡劑采用聚乙烯醇；穩(wěn)定劑采用抗氧劑tnp。

一種耐高溫陶瓷金屬材料的制備方法，按照以下步驟進(jìn)行：

(1)先將加氣鋁粉、二氧化硅、氧化鐵、氧化鎂、氧化鋅、改性石英粉、凹土粉、碳化硅纖維、斜發(fā)沸石粉、鋁礬土、微晶蠟和硼氫化鋰混合研磨至粒徑≤2mm，得物料；

(2)再將物料輸送至熔煉爐中進(jìn)行熔煉處理，熔煉溫度設(shè)定為860℃，熔煉時間控制在60min，且熔煉爐內(nèi)充入氮氣作為保護(hù)氣體，熔煉結(jié)束得金屬熔融體；

(3)之后待金屬熔融體空冷至溫度為420℃，并在此時加入發(fā)泡劑、分散劑、穩(wěn)泡劑和穩(wěn)定劑混勻；

(4)最后將步驟(3)得到的金屬熔融體通過負(fù)壓澆鑄至固定鑄型中即制得本發(fā)明的耐高溫陶瓷金屬材料。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。