一种金属基陶瓷复合材料零件的加工工艺制造技术

本发明专利技术属于材料加工领域，公开了一种金属基陶瓷复合材料零件的加工工艺，包括以下步骤：制备陶瓷预制体、烧结、陶瓷预制体粗坯加工、制备金属基陶瓷复合材料铸坯、机械加工和热处理。与现有技术相比，本发明专利技术所述技术方案可大大降低金属基陶瓷复合材料精密零件的成型及加工难度，降低加工成本，缩短生产周期，另外，本发明专利技术制备的陶瓷预制体不会出现开裂、变形、烧不透等问题，利于陶瓷预制体与金属基进行复合。

Processing technology of metal matrix ceramic composite parts

【技术实现步骤摘要】
一种金属基陶瓷复合材料零件的加工工艺
本专利技术属于材料加工领域，特别涉及一种金属基陶瓷复合材料零件的加工工艺。
技术介绍
金属基陶瓷复合材料，例如铝基陶瓷复合材料目前已在航空航天、船舶、兵器、核工业等领域得到日益广泛的应用。目前业内在用铝基陶瓷复合材料制备复杂的精密零件(例如惯性平台导航台体、液浮陀螺仪浮筒、液浮陀螺仪框架、光纤陀螺基座等)时主要采用的是用块状铝基陶瓷复合材料直接加工成型的制造方法，该方法需要设计复杂的模具，存在模具结构设计及开模周期长、成型困难、生产周期长、加工成本高等问题，难以实现批量生产，限制了该材料在精密零部件的应用及普及。另外，现有技术中也有先将陶瓷预制体加工至所需零件特征尺寸后，然后烧结，但往往陶瓷预制体会出现开裂、变形、烧不透等问题，不利于后续进一步的加工。因为由于烧结工艺的不同，可能会造成烧结好的陶瓷预制体会存在强度不足或过高的问题，陶瓷预制体强度不足或过高均不利于陶瓷预制体后期与其他材料的复合(例如与金属铝复合)，解决该问题需要设计合理的预制体配方及烧结工艺。制备无缺陷并强度适中的陶瓷预制体，需根据陶瓷预制体的体积大小、结构复杂程度、体积分数的高低，制定合理的配方及烧结工艺。因此，需要提供一种新的金属基陶瓷复合材料零件的加工工艺，其中包括陶瓷预制体的制备过程，制备无缺陷并强度适中的陶瓷预制体。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种金属基陶瓷复合材料基陶瓷复合材料零件的加工工艺。所述工艺先对陶瓷原料进行预制体成型，然后进行烧结、与金属基体复合以及精加工。大大降低金属基陶瓷复合材料的加工成型难度，同时也可显著减少后期对复合好的金属基陶瓷复合材料的加工量，实现金属基陶瓷复合材料加工成复杂精密零件(例如惯性平台导航台体、液浮陀螺仪浮筒、液浮陀螺仪框架、光纤陀螺基座等)制造工艺的简化及量产能力的提高。一种金属基陶瓷复合材料零件的加工工艺，包括以下步骤：(1)制备陶瓷预制体：按重量份计，陶瓷原料的颗粒大小组成为0.1-1.5μm4-12份、4-11μm15-30份、15-30μm55-75份；然后将陶瓷原料加入高能混料机(由张家港市瑞琪机械有限公司提供，型号为VH-50)中以40-180转/分钟(优选60-120转/分钟)的速度搅拌10-30分钟，然后加入模具(所述模具为本领域常用模具)中，制得陶瓷预制体；(2)烧结：将步骤(1)制备的陶瓷预制体以50-55℃/小时的升温速度升温至900-1300℃，并保温10-20小时，然后以45-55℃/小时的降温速度降温至室温，制得陶瓷预制体粗坯；(3)陶瓷预制体粗坯加工：对步骤(2)制得的陶瓷预制体粗坯采用五轴联动数控机床(由北京精雕科技集团有限公司提供，型号为JDHGT600)进行磨削，制得陶瓷预制体精加工坯体；(4)制备金属基陶瓷复合材料铸坯：将步骤(3)制备的陶瓷预制体精加工坯体置于压力复合模具(所述复合模具为本领域常用复合模具)中，在惰性气体防护，真空度为480-520Pa(优选500Pa)，复合压力为15-30MPa(优选20-25MPa)，温度为700-900℃(优选温度为750℃)条件下，将陶瓷预制体精加工坯体与金属(优选的，此处金属为熔融状态(即液态)，金属如铝的重量与陶瓷预制体精加工坯体的重量比为0.01-0.5:1-10)进行复合，制得金属基陶瓷复合材料铸坯；(5)机械加工：将步骤(4)制得的金属基陶瓷复合材料铸坯进行机械打磨加工，制得具有金属基陶瓷复合材料零件初体；(6)热处理：将步骤(5)制得的金属基陶瓷复合材料零件初体进行粗加工(例如采用五轴联动数控机床的吃刀量0.18-0.22mm，转速为1800-2200转/分钟，进给速率100mm/min对零部件进行磨削)，然后进行热处理，制得本专利技术所述的金属基陶瓷复合材料零件。步骤(1)中所述模具根据要制备的零部件的尺寸进行设计，例如根据惯性平台导航台体、液浮陀螺仪浮筒、液浮陀螺仪框架、光纤陀螺基座等零部件的尺寸进行设计。优选的，步骤(1)中，按重量份计，陶瓷原料的颗粒大小组成为0.8-1.2μm5-10份、5-10μm20-30份、15-30μm60-75份；优选的，步骤(1)中所述陶瓷原料种类为SiC、Al2O3或B4C陶瓷中的一种。优选的，步骤(2)中以52℃/小时的速度进行升温和降温。步骤(3)中对陶瓷预制体粗坯进行加工，制得陶瓷预制体精加工坯体，减少陶瓷预制体与金属复合后对复合铸件的加工量，降低整体加工难度。优选的，步骤(3)中所述磨削过程中五轴联动数控机床的吃刀量0.18-0.22mm(优选0.20mm)，转速为1800-2200转/分钟(优选2000转/分钟)，进给速率100mm/min。优选的，步骤(4)中的金属为铝。优选的，步骤(4)中所述惰性气体为氩气或氮气。步骤(6)中所述热处理的具体过程为：以50-100℃/小时的升温速度将金属基陶瓷复合材料零件初体升温至530-550℃(优选535℃)，保温4.5-5.5小时，然后经过水浴淬火冷却至室温，然后再以10-50℃/小时的升温速度升温至180-190℃，保温2.5-3.5小时(优选3小时)，然后在空气中自然冷却至室温，制得本专利技术所述的金属基陶瓷复合材料零件。所述制备步骤(6)之后还可以进一步根据零部件的尺寸精度的要求，进一步进行精加工(所述精加工过程为本领域技术人员常采用的精加工过程，目的是为了让零部件的尺寸精度更准确)。一种金属基陶瓷复合材料的应用，将步骤(6)所述的金属基陶瓷复合材料零件用于制备惯性平台导航台体、液浮陀螺仪浮筒、液浮陀螺仪框架或光纤陀螺基座中的一种或多种。步骤(1)中的陶瓷原料采用不同颗粒大小按照特定比例组成和步骤(2)中陶瓷预制体烧结过程涉及到的温度和时间，有利于陶瓷预制体的成型以及烧结过程，很好的防止陶瓷预制体不会出现开裂、变形、烧不透等问题，也利于后续的陶瓷预制体与金属基进行复合过程。相对于现有技术，本专利技术的有益效果如下：为了解决目前用金属基陶瓷复合材料(例如铝基陶瓷复合材料)制备复杂精密零件过程中遇到的困难，采用陶瓷预制体成型方法，将金属基陶瓷复合材料复杂精密零件的结构成型过程转移到陶瓷预制体成型及陶瓷预制体加工阶段，大大降低复杂结构成型难度，同时也可显著减少后期对复合好的金属基陶瓷复合材料零件的加工量，实现金属基陶瓷复合材料复杂精密零件制造工艺的简化及量产能力的提高。相比于传统金属基陶瓷复合材料精密零件的制作方法，陶瓷预制体成型法可大大降低金属基陶瓷复合材料精密零件的成型及加工难度，减少了加工过程中对刀具的大量消耗，同时也缩短了金属基陶瓷复合材料精密零件的加工周期。另外，对陶瓷预制体进行加工，降低了对模具的要求，提高了陶瓷预制体的良品率，非常适合金属基陶瓷复合材料复杂精密零部件的小批量、快速生产。本专利技术制备的陶瓷预制体不会出现开裂、变形、烧不透等问题，利于陶瓷预制体与金属进行复合。...

【技术保护点】
1.一种金属基陶瓷复合材料零件的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)制备陶瓷预制体：按重量份计，陶瓷原料的颗粒大小组成为0.1-1.5μm 4-12份、4-11μm15-30份、15-30μm 55-75份；然后将陶瓷原料混合，再加入模具中，制得陶瓷预制体；/n(2)烧结：将步骤(1)制备的陶瓷预制体升温至900-1300℃，并保温，然后降温至室温，制得陶瓷预制体粗坯；/n(3)陶瓷预制体粗坯加工：对步骤(2)制得的陶瓷预制体粗坯进行磨削，制得陶瓷预制体精加工坯体；/n(4)制备金属基陶瓷复合材料铸坯：将步骤(3)制备的陶瓷预制体精加工坯体置于压力复合模具中，将陶瓷预制体精加工坯体与液态的金属进行复合，制得金属基陶瓷复合材料铸坯；/n(5)机械加工：将步骤(4)制得的金属基陶瓷复合材料铸坯进行机械打磨加工，制得具有金属基陶瓷复合材料零件初体；/n(6)热处理：将步骤(5)制得的金属基陶瓷复合材料零件初体进行热处理，制得所述的金属基陶瓷复合材料零件。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属基陶瓷复合材料零件的加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备陶瓷预制体：按重量份计，陶瓷原料的颗粒大小组成为0.1-1.5μm4-12份、4-11μm15-30份、15-30μm55-75份；然后将陶瓷原料混合，再加入模具中，制得陶瓷预制体；
(2)烧结：将步骤(1)制备的陶瓷预制体升温至900-1300℃，并保温，然后降温至室温，制得陶瓷预制体粗坯；
(3)陶瓷预制体粗坯加工：对步骤(2)制得的陶瓷预制体粗坯进行磨削，制得陶瓷预制体精加工坯体；
(4)制备金属基陶瓷复合材料铸坯：将步骤(3)制备的陶瓷预制体精加工坯体置于压力复合模具中，将陶瓷预制体精加工坯体与液态的金属进行复合，制得金属基陶瓷复合材料铸坯；
(5)机械加工：将步骤(4)制得的金属基陶瓷复合材料铸坯进行机械打磨加工，制得具有金属基陶瓷复合材料零件初体；
(6)热处理：将步骤(5)制得的金属基陶瓷复合材料零件初体进行热处理，制得所述的金属基陶瓷复合材料零件。


2.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，步骤(1)中，按重量份计，陶瓷原料的颗粒大小组成为0.8-1.2μm5-10份、5-10μm20-30份、15-30μm60-75份。


3.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，步骤(1)中的混合过程是采用高能混料机以40-180转/分钟的速度搅拌10-30分钟；所述陶瓷原料种类为SiC、Al2O3或B4C陶瓷中的一种。


4.根据权利要求1所述的加工工艺，其特征在于，步骤(2)中所述升温的速度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵楠，邓宏论，潘海平，
申请(专利权)人：珠海凯利得新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44