本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種不銹鋼與陶瓷復(fù)合復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
在許多工業(yè)領(lǐng)域中對(duì)儲(chǔ)存液體容器的性能有非常高的要求，如在制藥、食品、化工等工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，許多都要求儲(chǔ)液容器不僅強(qiáng)度高、耐機(jī)械沖擊以適應(yīng)工藝加工過(guò)程中的碰撞、運(yùn)輸，而且還要求容器內(nèi)壁與液體接觸的地方要耐受液體的腐蝕。在現(xiàn)有技術(shù)中，多采用鈦金屬、不銹鋼或者二者與其他金屬的復(fù)合材料來(lái)制作上述容器，但是這些材料存在一些缺陷：1、金屬鈦或者不銹鋼等純金屬材料耐腐蝕效果不理想；2、復(fù)合強(qiáng)度不夠，主要是生產(chǎn)工藝受限所致，現(xiàn)有技術(shù)中的工藝制備方法難以讓兩種完全不同材質(zhì)的金屬材料完全復(fù)合；3、兩種金屬?gòu)?fù)合以后，由于膨脹系數(shù)的差異，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，尤其在容易經(jīng)歷高低溫循環(huán)的工作環(huán)境中，金屬?gòu)?fù)合材料容易相互脫離，影響使用。
針對(duì)上述存在的問(wèn)題，一些研究提出將金屬材料與陶瓷材料進(jìn)行復(fù)合以獲得兩者的優(yōu)勢(shì)——同時(shí)具有陶瓷材料的耐磨耐蝕性以及金屬材料的高強(qiáng)度高韌性。現(xiàn)有技術(shù)中金屬-陶瓷復(fù)合材料制備方法主要包括粉末冶金、擠壓鑄造噴射沉積等，就目前的工藝看來(lái)，金屬-陶瓷復(fù)合材料的制作工藝復(fù)雜、成本高。市售的大多數(shù)金屬-陶瓷復(fù)合材料是采用在陶瓷基體上利用PVD法來(lái)沉積金屬，這種方法得到的金屬層非常薄，與陶瓷基體的結(jié)合力不高，在實(shí)際使用過(guò)程中只能作為裝飾品使用，不能作為特殊容器或者制件進(jìn)行使用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中金屬-陶瓷復(fù)合材料制作工藝難、無(wú)工業(yè)實(shí)用性的問(wèn)題提供了一種新的金屬-陶瓷復(fù)合材料的制備方法，通過(guò)對(duì)陶瓷材料的處理和對(duì)工藝的控制，通過(guò)金屬粉末注射實(shí)現(xiàn)了金屬與陶瓷基體的無(wú)縫連接，使制備得到的金屬-陶瓷復(fù)合材料既具備高強(qiáng)度又具有耐腐蝕的陶瓷面。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下步驟予以實(shí)現(xiàn)：
本發(fā)明提供的不銹鋼-陶瓷復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
步驟一：在陶瓷材料復(fù)合面設(shè)有不規(guī)則凹槽，凹槽深度為0.1-0.6mm；凹槽形狀可設(shè)為波浪形或者不連續(xù)的圓點(diǎn)坑狀。
進(jìn)一步優(yōu)選，凹槽深度為0.3-0.6mm。
步驟二：將步驟一中的陶瓷材料復(fù)合面浸漬于腐蝕液中，其中腐蝕液由氫氟酸和鹽酸的混合水溶液；其中氫氟酸采用40wt%的氫氟酸，在腐蝕液中的濃度為20-80ml/L，鹽酸采用濃鹽酸，在腐蝕液中的濃度為260-320 ml/L；浸漬的條件為：溫度55-85℃、浸漬時(shí)長(zhǎng)為20-60min。
步驟三：在陶瓷材料復(fù)合面凹槽中填充金屬或金屬氧化物粉體，在真空度為10-3-10-2Pa、溫度為900-1400℃條件下燒結(jié)成型；進(jìn)一步地，填充的金屬或金屬氧化物為Zr、Co、ZrC、ZrO2、不銹鋼、非晶合金中的一種或多種，填充的金屬或金屬氧化物粉體粒度為1-30μm，燒結(jié)時(shí)間為1.5-2.5h。
步驟四：將步驟三中的陶瓷材料置于模具中，利用粉末冶金工藝將不銹鋼預(yù)制粉末在陶瓷材料復(fù)合面注射成型，冷卻后得到金屬陶瓷復(fù)合制品。
進(jìn)一步地，適用于上述復(fù)合材料制備方法的陶瓷為碳化硅或者氮化硅陶瓷。
進(jìn)一步地，完成步驟四之后還包括對(duì)復(fù)合材料表滿的拋磨以及噴砂處理。
在許多制備不銹鋼-陶瓷復(fù)合材料的方法中，采用的是直接將不銹鋼注射至陶瓷表面，盡管能夠一體成型，但是兩者結(jié)合力差。在本發(fā)明提供的方法中，同樣也是利用粉末冶金工藝將不銹鋼預(yù)制粉末在陶瓷材料復(fù)合面注射成型，但是在注射不銹鋼之前對(duì)陶瓷材料復(fù)合面進(jìn)行預(yù)處理以增進(jìn)兩種材料之間的結(jié)合力。
首先在制作陶瓷材料的時(shí)候需預(yù)先在陶瓷材料復(fù)合面設(shè)置不規(guī)則凹槽，并控制凹槽深度為0.1-0.6mm，凹槽形狀可設(shè)為波浪形或者不連續(xù)的圓點(diǎn)坑狀。凹槽是為了后續(xù)注射過(guò)程中容置不銹鋼液，使兩種材料之間形成不規(guī)則的相接面，增加兩種材料復(fù)合面的面積。僅僅增加復(fù)合面面積是不夠的，通過(guò)步驟二中的酸液浸漬，可使陶瓷材料復(fù)合面上增加有細(xì)小的孔隙，這些細(xì)小孔隙在粉末注塑不銹鋼的過(guò)程中可有效滲透不銹鋼液，將不銹鋼牢牢嵌入復(fù)合面中，進(jìn)一步增加陶瓷材料與不銹鋼的結(jié)合力。進(jìn)一步地，選擇更為優(yōu)選的陶瓷和燒結(jié)條件以滿足整體工藝的需求。
本發(fā)明具有如下有益效果：
本發(fā)明提供了一種制作工藝簡(jiǎn)單、實(shí)用的新的金屬-陶瓷材料的制備方法，
通過(guò)對(duì)陶瓷材料的處理和對(duì)工藝的控制，通過(guò)金屬粉末注射實(shí)現(xiàn)了金屬與陶瓷基體的無(wú)縫連接，使制備得到的金屬-陶瓷復(fù)合材料既具備高強(qiáng)度又具有耐腐蝕的陶瓷面。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
1、材料的選擇
本實(shí)施例中材料的選擇如下表所示：
上述實(shí)施例中的凹槽填充材料包含兩種材料的，每種材料質(zhì)量各占50%。
2、復(fù)合材料的制備
按照1中的材料選擇陶瓷材質(zhì)，制成長(zhǎng)寬厚為10×10cm×1cm的陶瓷片材，任意選擇一面為復(fù)合面。在制備陶瓷片材的過(guò)程中，改變模具形狀即可獲得不規(guī)則的波浪形表面；制備出表面平整的陶瓷片材，利用相同材質(zhì)的噴砂料進(jìn)行噴砂，可獲得具有不連續(xù)圓點(diǎn)坑狀表面。在上述噴砂步驟中需注意，噴砂力需要進(jìn)行控制以免造成陶瓷片材的損毀，可控制噴砂力度進(jìn)行多次噴砂獲得所需表面。陶瓷片材表面的凹槽深度為0.1-0.6mm，優(yōu)選為0.3-0.6mm，在此范圍內(nèi)即可，無(wú)需要求凹槽深度一致。在本實(shí)施例中所有復(fù)合材料的制備過(guò)程中都選擇凹槽深度范圍在0.4-0.5mm。
將35ml/L的40wt%的氫氟酸與315ml/L的濃鹽酸配置成腐蝕液（溶劑為去離子水），在水浴加熱至80℃恒溫條件下，將陶瓷片材復(fù)合面浸漬于腐蝕液中浸漬50min。浸漬結(jié)束后，用去離子水洗凈陶瓷試片表面，烘干，然后填充凹槽填充材料，填充材料為粉體材料，在本實(shí)施例中選擇粒度為8μm左右的粉體，將凹槽填滿后，在真空度為10-3Pa，溫度為900-1400℃條件下燒結(jié)成型。具體燒結(jié)溫度如下表。
燒結(jié)完畢，陶瓷片材冷卻后，將陶瓷片材放置于不銹鋼粉末注射的模具中，利用粉末冶金工藝將不銹鋼預(yù)制粉末在陶瓷材料復(fù)合面注射成型，冷卻后得到金屬陶瓷復(fù)合制品。將制得的金屬陶瓷復(fù)合制品表面進(jìn)行拋磨使其表面光滑美觀。
對(duì)比例3中，將不銹鋼直接粉末注射于陶瓷片材上。
對(duì)實(shí)施例和對(duì)比例中所制備得到的復(fù)合材料進(jìn)行評(píng)價(jià)：實(shí)施例1-10號(hào)所制得的復(fù)合材料外形好，結(jié)合力強(qiáng)，金屬擺錘沖擊試驗(yàn)中，破碎后不銹鋼仍然與陶瓷材料結(jié)合在一起，對(duì)比例1-2中陶瓷和不銹鋼之間在沖擊下破碎，破碎物中有不同程度的分離，對(duì)比例3中的復(fù)合材料則完全分離，證明實(shí)施例1-10中所制得的復(fù)合材料結(jié)合力好。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，填充材料中包含一定含量的Co金屬，燒結(jié)過(guò)程和后續(xù)不銹鋼注射成型過(guò)程中，不銹鋼液滲透的效果最好，包含有非晶合金的凹槽填充材料在不銹鋼注射成型過(guò)程中與不銹鋼之間的結(jié)合力最佳。
在應(yīng)用實(shí)施例中的工藝中，氧化鋁陶瓷和硅酸鹽陶瓷對(duì)實(shí)施例中的腐蝕液耐受能力不佳，不建議使用本發(fā)明中提供的腐蝕液進(jìn)行處理。
最后需要說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案而非對(duì)其進(jìn)行限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術(shù)方案脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。