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一种陶瓷-金属 复合材料的制备方法

阅读：1036发布：2020-06-10

专利汇可以提供一种陶瓷-金属复合材料的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种陶瓷-金属复合材料的制备方法，其步骤如下：(1)制粒：将316L不锈钢粉末、黑色氧化锆陶瓷粉末分别与粘结剂混炼、制粒；得到316L 不锈钢喂料、黑色氧化锆陶瓷喂料；(2)成型：将316L不锈钢喂料注射成型，然后将316L不锈钢注射坯用激光切割机切出需要的形状和大小，其中切掉的部位要包含浇口；将切割后的316L注射坯放置于模具上，再用黑色氧化锆喂料注射满激光切割切掉的部位；(3) 烧结：将陶瓷和金属注射坯进行催化脱脂和烧结；(4) 抛光：将烧结后的陶瓷-金属连接件进行打磨和抛光。采用本技术方案制备的陶瓷-金属复合材料同时具备陶瓷强度高、耐刮抗磨、散热性好、几乎无信号屏蔽特性及金属延展性好、耐摔、易加工的特点。，下面是一种陶瓷-金属复合材料的制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种陶瓷-金属复合材料的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
(1)制粒：将316L不锈钢粉末、黑色氧化锆陶瓷粉末分别与粘结剂混炼、制粒；得到316L 不锈钢喂料、黑色氧化锆陶瓷喂料；
(2)成型：注射+切割+注射，即是将316L不锈钢喂料注射成型，然后将316L不锈钢注射坯用激光切割机切出需要的形状和大小，其中切掉的部位要包含浇口；将切割后的316L注射坯放置于模具上，再用黑色氧化锆喂料注射满激光切割切掉的部位；
(3)烧结：将陶瓷和金属注射坯进行催化脱脂和烧结；
(4)抛光：将烧结后的陶瓷-金属连接件进行打磨和抛光。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷-金属复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的粘结剂为塑基粘结剂，选自聚甲醛、高密度聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸中的一种；所述的粉末装载量为40-55％。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷-金属复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的混炼机设备为开合式密炼机，混炼时间为1.5-2.5h，混炼温度为170-190℃，物料混炼好后在破碎机中破碎后，于挤出机中挤出制粒。
4.根据权利要求1所述的一种陶瓷-金属复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的注射+切割+注射工艺中，注射时控制参数为：注射温度180-200℃、注射压力50-
160MPa、注射充填速度为10-150mm/s、模具温度为80-150℃。
5.根据权利要求1所述的一种陶瓷-金属复合材料的制备方法，其特征在于：作为步骤(2)的替代方案是注射+注射工艺，即是先将316L不锈钢喂料注射成型，再注射黑色氧化锆喂料，其中要保证后注射的黑色氧化锆坯体被先注射的316L不锈钢坯体包裹，这样就形成了同时具有陶瓷和金属、且金属包裹陶瓷的注射坯。
6.根据权利要求5所述的一种陶瓷-金属复合材料的制备方法，其特征在于：注射时控制参数为：注射温度180-200℃、注射压力120-160MPa、注射充填速度为70-150mm/s、模具温度为100-150℃。
7.根据权利要求1所述的一种陶瓷-金属复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，催化脱脂是使用硝酸为触媒在硝酸催化脱脂炉中进行的，脱脂温度为100-140℃，通酸量为3-5g/min，通酸时间为1-4h。
8.根据权利要求7所述的一种陶瓷-金属复合材料的制备方法，其特征在于：催化后的烧结是在惰性气体保护气氛下的真空炉中完成的，烧结气氛可采用氢气、氩气、真空气氛，烧结温度为1350-1380℃，保温时间为1.5-3h。
9.根据权利要求1所述的一种陶瓷-金属复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，将烧好的陶瓷和金属连接件在金刚砂轮上进行打磨处理，砂轮转速为300-2000r/min，最后于抛光机上做抛光处理，就得到了具有镜面效果的陶瓷-金属连接件。

说明书全文

一种陶瓷-金属复合材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种复合材料的制备方法，具体为一种陶瓷-金属复合材料的制备方法。

背景技术

[0002] 在现代工程结构材料中，陶瓷材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、高温蠕变小、强度高、几乎不遮蔽信号及热膨胀系数小等优良性能，但是由于化学键的特点，脆性大、加工难、抗冷热冲击能力差，这导致了其难以制成形状复杂的结构件，限制了其使用范围。金属材料具有延展性好及导热导电性好等优良性能，但其耐磨损、耐高温性能差，导致其不能满足日益提高的性能需求。解决问题的方法之一就是采用连接技术制出金属和陶瓷的连接件，从而发挥两者的性能优点，弥补两种材料的各自不足之处，这对于降低成本、拓展陶瓷的使用范围有着重大的意义。

[0003] 目前，陶瓷和金属的连接方式有很多，如固相扩散连接、钎焊、机械连接、粘结剂连接等。其中，机械连接和粘结剂连接工艺使用条件有限，一旦受载条件复杂、使用温度高，连接接头就会受到损坏；钎焊连接中，要求的钎料质量高，要保证使用的钎料需提高陶瓷材料表面的润湿性，此外，陶瓷和金属材料的力学性能、物理性能的差异也是影响钎焊的重大因素；固相扩散连接工艺过程复杂，其对连接设备、连接表面的加工要求非常高。如中国专利CN102219539A公开了一种陶瓷复合材料与金属的反应扩散连接方法，该方法通过在电场的激活作用下，产生燃烧反应热，分别将金属材料及陶瓷复合材料局部熔化并产生扩散而连接，这需要的设备质量高，且对陶瓷材料的表面处理复杂，成本高。

发明内容

[0004] 本发明专利克服现有背景技术中存在的缺点和不足，提供一种注射成形方式连接陶瓷和金属，注射成型时使金属包裹陶瓷，烧结时金属和陶瓷同时收缩，金属对陶瓷一直产生的挤压作用，得以实现两者紧密连接、界面无缝隙且界面具有一定的强度的工艺方法。

[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

[0006] 一种陶瓷-金属复合材料的制备方法，其步骤如下：

[0007] (1)制粒：将316L不锈钢粉末、黑色氧化锆陶瓷粉末分别与粘结剂混炼、制粒；得到316L 不锈钢喂料、黑色氧化锆陶瓷喂料；

[0008] (2)成型：注射+切割+注射，即是将316L不锈钢喂料注射成型，然后将316L不锈钢注射坯用激光切割机切出需要的形状和大小，其中切掉的部位要包含浇口；将切割后的316L注射坯放置于模具上，再用黑色氧化锆喂料注射满激光切割切掉的部位；

[0009] (3)将陶瓷和金属注射坯进行催化脱脂和烧结；

[0010] (4)将烧结后的陶瓷-金属连接件进行打磨和抛光。

[0011] 其中，步骤(1)中，所述的粘结剂为塑基粘结剂，选自聚甲醛 (POM)、高密度聚乙烯(HDPE)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、硬脂酸(SA)等中的一种。其所述的粉末装载量为40-55％。所述的混炼机设备为开合式密炼机，混炼时间为1.5-2.5h，混炼温度为 170-190℃，物料混炼好后在破碎机中破碎后，于挤出机中挤出制粒。

[0012] 步骤(2)中，所述的注射+切割+注射工艺中，注射时控制参数为：注射温度180-200℃、注射压力50-160MPa、注射充填速度为 10-150mm/s、模具温度为80-150℃。

[0013] 作为步骤(2)的替代方案是注射+注射工艺，即是先将316L不锈钢喂料注射成型，再注射黑色氧化锆喂料，其中要保证后注射的黑色氧化锆坯体被先注射的316L不锈钢坯体包裹，这样就形成了同时具有陶瓷和金属、且金属包裹陶瓷的注射坯。其中注射时控制参数为：注射温度180-200℃、注射压力120-160MPa、注射充填速度为 70-150mm/s、模具温度为100-150℃。

[0014] 步骤(3)中，催化脱脂是使用硝酸为触媒在硝酸催化脱脂炉中进行的，脱脂温度为100-140℃，通酸量为3-5g/min，通酸时间为 1-4h。催化后的烧结是在惰性气体保护气氛下的真空炉中完成的，烧结气氛可采用氢气、氩气、真空气氛，烧结温度为1350-1380℃，保温时间为1.5-3h。

[0015] 步骤(4)中，将烧好的陶瓷和金属连接件在金刚砂轮上进行打磨处理，砂轮转速为300-2000r/min，最后于抛光机上做抛光处理，就得到了具有镜面效果的陶瓷-金属连接件。

[0016] 本发明的优点在于：采用本技术方案制备的陶瓷-金属连接件同时具备陶瓷强度高、耐刮抗磨、散热性好、几乎无信号屏蔽特性及金属延展性好、耐摔、易加工的特点。本方法可大量节约成本、实现大批量生产陶瓷-金属连接件。本方法制备的产品界面紧密、无缝隙、致密度高、抛光孔洞少、镜面效果好。附图说明

[0017] 图1为陶瓷-金属两者界面的孔洞、裂纹及结合状态的金相光学显微镜图片。

具体实施方式

[0018] 下面结合具体实施例和附图进一步阐述本发明的技术特点。

[0019] 实施例1：

[0020] 将国产316L不锈钢粉末与粘结剂按粉末装载量为45.5％加入到开合式密炼机中混炼2h，在碎料机中破碎后，倒入到挤出机中进行挤出和制粒。国产黑色氧化锆粉末与粘结剂按粉末装载量为50％加入到开合式密炼机中混炼2h，混炼温度为190℃，物料混炼完成后在碎料机中破碎，然后倒入到挤出机中进行挤出和制粒。先注射316L不锈钢喂料，注射时注射温度195℃、注射压力100MPa、注射充填速度 100mm/s、模具温度120℃。然后将注射坯用激光切割机切掉包含浇口的切割件。将该切割件放置于模具上，再用黑色氧化锆喂料注射满激光切割切掉的部位，注射时注射温度195℃、注射压力65MPa、注射充填速度35mm/s、模具温度100℃。这样就形成了同时具有陶瓷和金属的注射坯。将注射成型的陶瓷-金属连接坯进行硝酸触媒催化脱脂，脱脂温度为120℃，通酸量为4g/min，通酸时间为2h。催化后烧结是在氩气保护气氛的真空炉中进行，烧结温度为1370℃，保温时间为2h。获得的烧结件在拉伸机上进行不同载荷对陶瓷-金属连接件的冲压试验中，实现了保持两者界面完整的最大力为850N。将烧好的瓷和金属连接件在金刚砂轮上进行打磨处理，砂轮转速为 1000r/min，最后于抛光机上做抛光处理，就得到了具有镜面效果的陶瓷-金属连接件。其中附图1为两者界面的孔洞、裂纹及结合状态的金相光学显微镜图片，从图片中看出，两者界面紧密连接、界面无缝隙，抛光孔洞小。

[0021] 实施例2：

[0022] 将国产316L不锈钢粉末与粘结剂按粉末装载量为46.4％加入到开合式密炼机中混炼2h，在碎料机中破碎后，倒入到挤出机中进行挤出和制粒。国产黑色氧化锆粉末与粘结剂按粉末装载量为50％加入到开合式密炼机中混炼2h，混炼温度为190℃，物料混炼完成后在碎料机中破碎，然后倒入到挤出机中进行挤出和制粒。先注射316L不锈钢喂料，注射时注射温度190℃、注射压力150MPa、注射充填速度 120mm/s、模具温度130℃。然后用黑色氧化锆喂料注射满产品其余部位，注射时注射温度190℃、注射压力120MPa、注射充填速度90mm/s、模具温度140℃。这样就得到了金属包裹陶瓷、界面具有一定强度的且界面无缝隙的注射坯。将注射成型的陶瓷-金属连接坯进行硝酸触媒催化脱脂，脱脂温度为120℃，通酸量为5g/min，通酸时间为90min。催化后烧结是在氩气保护气氛的真空炉中进行，烧结温度为
1375℃，保温时间为2h。获得的烧结件在拉伸机上进行不同载荷对陶瓷-金属连接件的冲压试验中，实现了保持两者界面完整的最大力为750N。将烧好的瓷和金属连接件在金刚砂轮上进行打磨处理，砂轮转速为 1500r/min，最后于抛光机上做抛光处理，就得到了具有镜面效果的陶瓷-金属连接件。

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