CN111318674A - 陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，属于新材料制备技术领域。一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，包括：将经过预热的陶瓷预制体与金属熔体在模具中加压复合成型，陶瓷预制体为具有蜂窝孔的蜂窝结构。该制备方法将陶瓷预制体的制成蜂窝状，不仅可以节约陶瓷材料，而且蜂窝孔可以更好的导流金属熔体使其与陶瓷颗粒接触，使得陶瓷金属复合耐磨材料具有更加细小的晶粒。再通过加压成型工艺使得陶瓷与金属之间的界面结合紧密，基体材料密度较高，使得制得的复合耐磨材料具有较强的耐磨性。
Description
技术领域
本申请涉及新材料制备技术领域，且特别涉及一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法。
背景技术
常用的耐磨金属材料包括锰钢和白口铸铁，其耐磨性主要依靠钢铁组织中的碳化物，然而钢铁组织中的碳化物含量是有一定限制的，这制约了材料耐磨性的进一步提高。面对复杂的耐磨工况，上述耐磨材料的耐磨性严重不足，因此开发新的耐磨材料迫在眉睫。
陶瓷金属复合材料结合了陶瓷的高耐磨性和高韧性，使其成为一种新型的耐磨材料。但目前的陶瓷颗粒耐磨材料由于制备方法等多因素的限制，材料的性能不足。
发明内容
针对现有技术的不足，本申请实施例的目的包括提供一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，以改善陶瓷颗粒和金属基体界面结合强度低的技术问题，提高复合材料的耐磨性。
第一方面，本申请实施例提供了一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，包括：将经过预热的陶瓷预制体与金属熔体在模具中加压复合成型，陶瓷预制体为具有蜂窝孔的蜂窝结构。
本申请实施例的制备方法将陶瓷预制体的制成蜂窝状，不仅可以节约陶瓷材料，而且蜂窝孔可以更好的导流金属熔体使其与陶瓷颗粒接触，使得陶瓷金属复合耐磨材料具有更加细小的晶粒。再通过加压成型工艺使得陶瓷与金属之间的界面结合紧密，基体材料密度较高，使得制得的复合耐磨材料具有较强的耐磨性。
在本申请的部分实施例中，加压复合成型的压强为100MPa-150Mpa。采用加压复合成型工艺，在高压条件下使得金属与陶瓷充分复合。
在本申请的部分实施例中，加压复合成型之后，还包括：将成型后的复合材料冷却至500-700℃，再进行回火处理。
在本申请的部分实施例中，成型后的复合材料的冷却速率为5-20℃/min。该工艺条件降低成型材料的开裂几率，与上述工艺相结合，能够提高金属与陶瓷之间的界面结合紧密度，细化金属组织，表观线结合率达到90％以上，提高金属基体的密度，可达8.0-8.3g/cm3，耐磨性可达金属基体材料的2-10倍。
在本申请的部分实施例中，陶瓷预制体中蜂窝孔的孔径为10-100mm。该结构的蜂窝状陶瓷预制体与金属结合后的复合耐磨材料具有良好的冲击韧性，同时该复合耐磨材料种的陶瓷颗粒能够给金属提供充分的保护，减少金属的磨损。
在本申请的部分实施例中，陶瓷预制体中的陶瓷颗粒在陶瓷金属复合耐磨材料中的体积分数为10-50％。陶瓷预制体的强度对复合耐磨材料的强度具有一定的影响，进而影响复合耐磨材料的耐磨性。为了得到较高强度的陶瓷预制体，陶瓷颗粒的用量及其与粘接剂的用量比例较为关键。陶瓷预制体中陶瓷颗粒的体积分数为上述范围时，陶瓷预制体的强度较高。
在本申请的部分实施例中，陶瓷预制体中粘接剂的质量占陶瓷颗粒质量的3-10％。该用量范围陶瓷颗粒之间具有较好的粘接强度，有助于提高陶瓷预制体与金属复合过程中的稳固性，降低陶瓷预制体在加压成型过程中出现裂纹或被压散的概率。
在本申请的部分实施例中，陶瓷预制体中陶瓷颗粒的粒径为10-60目。上述粒径的陶瓷颗粒有助于提高陶瓷预制体的强度。
在本申请的部分实施例中，陶瓷预制体包括至少一层陶瓷颗粒，单层陶瓷颗粒的厚度为10-200mm。陶瓷预制体包括至少一层陶瓷颗粒，陶瓷颗粒的层数一般根据复合耐磨材料的尺寸及实际需求进行调整。单层陶瓷颗粒的厚度为上述范围时，能够较大程度的保证陶瓷预制体的强度和稳固性。
在本申请的部分实施例中，陶瓷预制体中的陶瓷颗粒包括ZTA、Al2O3、ZrO2、B4C、TiC、WC、SiC、Si3N4以及TiB2中的至少一种，金属熔体包括高铬铸铁、球墨铸铁、高锰钢和低合金耐磨钢中的至少一种。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的陶瓷预制体的结构示意图；
图2为本申请实施例1提供的陶瓷金属复合耐磨材料的微观组织图；
图3为本申请实施例1提供的陶瓷金属复合耐磨材料的微观组织图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本申请实施例提供了一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，包括：将经过预热的陶瓷预制体与金属熔体在模具中加压复合成型，陶瓷预制体为具有蜂窝孔的蜂窝结构。下面对本申请实施例的陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法进行具体说明。
制备陶瓷预制体。将一定量的陶瓷颗粒与粘接剂搅拌均匀，倒入模具中，使得堆积的陶瓷颗粒呈蜂窝状分布，烘干后成型得到蜂窝状的陶瓷预制体。陶瓷预制体的结构示意图请参照图1。本申请发明人发现当陶瓷预制体为蜂窝状结构时，蜂窝孔和密堆积孔隙为金属熔体进入提供通道，使得制得的蜂窝状陶瓷金属复合耐磨材料具有更加细小的晶粒，晶粒等效直径能够小于20微米，该微观结构有助于提高陶瓷与金属间的界面结合，进而提高复合耐磨材料的耐磨性。
在本申请的部分实施例中，陶瓷预制体中蜂窝孔的孔径为10-100mm。该结构的蜂窝状陶瓷预制体与金属结合后的复合耐磨材料具有良好的冲击韧性，同时该复合耐磨材料种的陶瓷颗粒能够给金属提供充分的保护，减少金属的磨损。可选的，陶瓷预制体中蜂窝孔的孔径为40-70mm，蜂窝孔的孔径可以为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或100mm。
陶瓷预制体的强度对复合耐磨材料的强度具有一定的影响，进而影响复合耐磨材料的耐磨性。为了得到较高强度的陶瓷预制体，陶瓷颗粒的用量及其与粘接剂的用量比例较为关键。经过本申请发明人的研究得到，陶瓷预制体中的陶瓷颗粒在陶瓷金属复合耐磨材料中的体积分数为10-50％时，陶瓷预制体的强度较高。陶瓷预制体中粘接剂的质量占陶瓷颗粒质量的3-10％时，陶瓷颗粒之间具有较好的粘接强度，有助于提高陶瓷预制体与金属复合过程中的稳固性，降低陶瓷预制体在加压成型过程中出现裂纹或被压散的概率。可选的，陶瓷预制体中陶瓷颗粒的体积分数为20-40％，陶瓷预制体中粘接剂的质量占陶瓷颗粒质量的5-8％。陶瓷预制体中陶瓷颗粒的体积分数可以为10％、20％、30％、40％或50％，陶瓷预制体中粘接剂的质量占陶瓷颗粒质量的3％、5％、6％、9％或10％。
进一步的，为了提高陶瓷预制体的强度，陶瓷预制体中陶瓷颗粒的粒径为10-60目。可选的，陶瓷颗粒的粒径为30-40目，陶瓷颗粒的粒径可以为10目、20目、30目、40目、50目或60目。
更进一步地，陶瓷预制体中的陶瓷颗粒包括ZTA、Al2O3、ZrO2、B4C、TiC、WC、SiC、Si3N4以及TiB2中的至少一种。上述陶瓷颗粒具有较高的强度，能够给金属提供充分的保护，减少金属的磨损。
在本申请的部分实施例中，陶瓷预制体包括至少一层陶瓷颗粒，陶瓷颗粒的层数一般根据复合耐磨材料的尺寸及实际需求进行调整。为了较大程度的保证陶瓷预制体的强度和稳固性，单层陶瓷颗粒的厚度为10-200mm。可选的，单层陶瓷颗粒的厚度为100-150mm，单层陶瓷颗粒的厚度可以为10mm、50mm、100mm、150mm或200mm。
由于金属熔体的温度较高，避免陶瓷预制体与金属熔体的温差较大，同时提高两者的结合强度，制得陶瓷预制体后，对陶瓷预制体进行预热。蜂窝状陶瓷预制体的预热温度为400-800℃，可选的，预热温度可以为400℃、500℃、600℃、700℃或800℃。
将具有一定合金成分的金属原材料熔化，将预热的陶瓷预制体放入型腔中，同时将金属熔体倒入模具型腔中，施加压力使金属与陶瓷预制体复合成型。将成型后的复合材料冷却至500-700℃，再进行回火处理。
本申请采用加压复合成型工艺，在高压条件下使得金属与陶瓷充分复合，提高金属与陶瓷之间的界面结合紧密度，细化金属组织，提高金属基体的密度，进而提高复合耐磨材料的耐磨性。经过本申请发明人的实验研究，加压复合成型的压强为100MPa-150Mpa。可选的，加压复合成型的压强可以为100MPa、120Mpa、130Mpa或150MPa。在本申请的部分实施例中，金属熔体包括高铬铸铁、球墨铸铁、高锰钢和低合金耐磨钢中的至少一种。
加压复合成型后，以5-20℃/min的冷却速率将成型后的复合材料冷却至500-700℃，在200-500℃的条件下进行回火处理。该工艺条件降低成型材料的开裂几率，较大程度保证复合耐磨材料的稳固性。可选的，冷却速率可以为5℃/min、10℃/min、15℃/min或20℃/min。
该制备方法将陶瓷预制体的制成蜂窝状，不仅可以节约陶瓷材料，而且蜂窝孔可以更好的导流金属熔体使其与陶瓷颗粒接触，使得陶瓷金属复合耐磨材料具有更加细小的晶粒，晶粒等效直径小于20微米。再通过加压成型工艺使得陶瓷与金属之间的界面结合紧密，表观线结合率达到90％以上；基体材料密度较高，可达7.3-7.7g/cm3；使得制得的复合耐磨材料具有较强的耐磨性，耐磨性可达金属基体材料的2-10倍。
蜂窝状陶瓷预制体与金属结合的界面使得复合耐磨材料具有良好的冲击韧性，在冲击工况条件下，韧性良好的金属为硬质陶瓷颗粒提供了缓冲介质，使得陶瓷颗粒不易破碎和脱落；在磨损工况条件下，硬质相的陶瓷颗粒为金属提供保护，减少金属的磨损。基于结构上的优势，该复合耐磨材料适用于冲击、磨损以及冲击磨损等复杂的工况。
以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，包括：
将30目的氧化锆增韧氧化铝(ZTA)颗粒与一定量的液态无机胶混合均匀，倒入蜂窝状的模具中，陶瓷颗粒呈密堆积，经过高温成型制备出蜂窝状的陶瓷预制体，密堆积的陶瓷颗粒呈蜂窝状排布，蜂窝孔的直径为20mm。
将高铬铸铁加热至1600℃，倒入模具型腔中，同时放入预热后的预制体加压成型，压强为120MPa。成型后的复合材料以5-20℃/min的冷速冷却至600℃，放入热处理炉中进行处理后，冷却至室温，制备出蜂窝状ZTA/高铬铸铁复合材料。其中，陶瓷预制体中的陶瓷颗粒在陶瓷金属复合耐磨材料中的体积分数为30％，液态无机胶在陶瓷预制体中的质量百分数为8％，高铬铸铁在陶瓷金属复合耐磨材料中的体积分数为70％。
实施例2
本实施例提供一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，包括：
将24目的SiC陶瓷晶体颗粒与液态无机胶按一定比例混合均匀，倒入蜂窝状模具中，SiC陶瓷颗粒呈密堆积，经高温成型，成型后的陶瓷预制体呈蜂窝状，蜂窝孔的直径为10mm。
将球墨铸铁加热至1300℃，倒入模具型腔中，同时放入预热后预制体加压成型，压强为100MPa。成型后的复合材料以5-10℃/min的冷速冷却至600℃，放入热处理炉中进行处理后，冷却至室温。制备出蜂窝状SiC陶瓷颗粒/球墨铸铁复合材料。其中，陶瓷预制体中的陶瓷颗粒在陶瓷金属复合耐磨材料中的体积分数为30％，液态无机胶在陶瓷预制体中的质量百分数为8％，高铬铸铁在陶瓷金属复合耐磨材料中的体积分数为70％。
实施例3
本实施例提供一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，包括：
将20目的氧化锆增韧氧化铝(ZTA)颗粒与一定量的液态无机胶混合均匀，倒入蜂窝状的模具中，陶瓷颗粒呈密堆积，经过高温成型，制备出蜂窝状的陶瓷预制体，密堆积的陶瓷颗粒呈蜂窝状排布，蜂窝孔的直径为10mm。
将高铬铸铁加热至1600℃，倒入模具型腔中，同时放入预热后预制体加压成型，压强为150MPa。成型后的复合材料以5-20℃/min的冷速冷却至600℃，放入热处理炉中进行处理后，冷却至室温，制备出蜂窝状ZTA/高铬铸铁复合材料。其中，陶瓷预制体中的陶瓷颗粒在陶瓷金属复合耐磨材料中的体积分数为30％，液态无机胶在陶瓷预制体中的质量百分数为9％，高铬铸铁在陶瓷金属复合耐磨材料中的体积分数为70％。
实施例4
本实施例提供一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，包括：
将10目的氧化锆增韧氧化铝(ZTA)颗粒与液态无机胶混合均匀，其中，陶瓷预制体中陶瓷颗粒的体积分数为10％，陶瓷预制体中粘接剂的质量占陶瓷颗粒质量的3％。倒入蜂窝状的模具中，陶瓷颗粒呈密堆积，经过高温成型，制备出蜂窝状的陶瓷预制体，密堆积的陶瓷颗粒呈蜂窝状排布，蜂窝孔的直径为40mm。陶瓷预制体中，单层陶瓷颗粒的厚度为10mm。
将高铬铸铁加热至1600℃，倒入模具型腔中，同时放入预热后预制体加压成型，压强为100MPa。成型后的复合材料以5-20℃/min的冷速冷却至500℃，放入热处理炉中进行处理后，冷却至室温，制备出蜂窝状ZTA/高铬铸铁复合材料。
实施例5
本实施例提供一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，包括：
将60目的ZrO2颗粒与液态无机胶混合均匀，其中，陶瓷预制体中陶瓷颗粒的体积分数为50％，陶瓷预制体中粘接剂的质量占陶瓷颗粒质量的10％。倒入蜂窝状的模具中，陶瓷颗粒呈密堆积，经过高温成型，制备出蜂窝状的陶瓷预制体，密堆积的陶瓷颗粒呈蜂窝状排布，蜂窝孔的直径为40mm。陶瓷预制体中，单层陶瓷颗粒的厚度为200mm。
将高铬铸铁加热至1600℃，倒入模具型腔中，同时放入预热后预制体加压成型，压强为150MPa。成型后的复合材料以5-20℃/min的冷速冷却至700℃，放入热处理炉中进行处理后，冷却至室温，制备出蜂窝状ZTA/高铬铸铁复合材料。
实施例6
本实施例提供一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，包括：
将30目的氧化铝颗粒与液态无机胶混合均匀，其中，陶瓷预制体中陶瓷颗粒的体积分数为30％，陶瓷预制体中粘接剂的质量占陶瓷颗粒质量的6％。倒入蜂窝状的模具中，陶瓷颗粒呈密堆积，经过高温成型，制备出蜂窝状的陶瓷预制体，密堆积的陶瓷颗粒呈蜂窝状排布，蜂窝孔的直径为60mm。陶瓷预制体中，单层陶瓷颗粒的厚度为100mm。
将高铬铸铁加热至1600℃，倒入模具型腔中，同时放入预热后预制体加压成型，压强为120MPa。成型后的复合材料以5-20℃/min的冷速冷却至600℃，放入热处理炉中进行处理后，冷却至室温，制备出蜂窝状ZTA/高铬铸铁复合材料。
对比例1
本对比例提供一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，与实施例1的不同之处仅在于：
陶瓷预制体与金属熔体复合成型的压强为5MPa。
对比例2
本对比例提供一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，与实施例1的不同之处仅在于：
陶瓷预制体为网格结构，即金属熔体浇注的孔道为矩形体。
对比例3
本对比例提供一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，与实施例1的不同之处仅在于：
陶瓷预制体的蜂窝孔的直径为200mm。
对比例4
本对比例提供一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，与实施例1的不同之处仅在于：
在得到成型后的复合材料后，以30℃/min的冷却速率冷却至600℃，放入热处理炉中进行处理后，冷却至室温。
对比例5
本对比例提供一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，与实施例1的不同之处仅在于：
陶瓷预制体中陶瓷颗粒的体积分数为60％，陶瓷预制体中粘接剂的质量占陶瓷颗粒质量的20％。
对比例6
本对比例提供一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，与实施例1的不同之处仅在于：
陶瓷预制体与金属熔体复合成型的压强为20MPa，陶瓷预制体为网格结构。
对比例7
本对比例提供了与实施例相同的高铬铸铁。
对比例8
本对比例提供了与实施例相同的球墨铸铁。
试验例1
对实施例1-6、对比例1-6提供的复合耐磨材料进行微观分析。实施例1的结果如图2、图3。图2、图3为蜂窝状ZTA/高铬铸铁复合材料的微观测试图，由图可知，金属紧密包裹氧化铝颗粒，即金属与氧化铝颗粒结合紧密。
试验例2
选取实施例1-6、对比例1-6提供的复合耐磨材料。将复合材料金相试样在50倍的放大倍数下拍照，可知高铬铸铁与陶瓷之间的界面形成机械结合。将所得的金相照片，用ImagePro软件处理，在照片的视野范围内计算陶瓷颗粒与基体界面的结合长度占总的界面长度的百分比，并且多次测量，取平均值，结果如表1。
试验例3
选取实施例1、实施例3-6、对比例1-6提供的复合耐磨材料。将复合材料用王水腐蚀5-10秒后，清洗烘干后，在100倍条件下，拍下金相照片，将金相图片用ImagePro处理，测量奥氏体晶粒的最大直径和最小直径，同时将奥氏体枝晶当作椭圆晶粒处理，计算出晶粒的面积，再等效成正圆的面积，计算出等效直径(所取的奥氏体枝晶晶粒不少于30个)。
选取实施例2提供的复合耐磨材料。用4％的硝酸酒精腐蚀5-10秒后，清洗烘干，在100倍条件下拍摄金相照片。将照片用ImagePro处理，计算球状石墨的直径(计算过程中所取石墨球的个数不小于30个)。结果如表1。
表1检测结果
| 表观线结合率 | 晶粒尺寸 | |
| 实施例1 | 大于95％ | 奥氏体枝晶晶粒尺寸为14微米 |
| 实施例2 | 大于93％ | 石墨的尺寸为12微米 |
| 实施例3 | 大于96％ | 奥氏体枝晶晶粒尺寸为14微米 |
| 实施例4 | 大于94％ | 奥氏体枝晶晶粒尺寸为14微米 |
| 实施例5 | 大于95％ | 奥氏体枝晶晶粒尺寸为12微米 |
| 实施例6 | 大于93％ | 奥氏体枝晶晶粒尺寸为14微米 |
| 对比例1 | 小于50％ | 奥氏体枝晶晶粒尺寸为53微米 |
| 对比例2 | 大于95％ | 奥氏体枝晶晶粒尺寸为14微米 |
| 对比例3 | 大于95％ | 奥氏体枝晶晶粒尺寸为14微米 |
| 对比例4 | 大于93％ | 奥氏体枝晶晶粒尺寸为14微米 |
| 对比例5 | 大于92％ | 奥氏体枝晶晶粒尺寸为14微米 |
| 对比例6 | 小于60％ | 奥氏体枝晶晶粒尺寸为43微米 |
由表1可知，相比于对比例，实施例1-6提供的复合耐磨材料的表观线结合率高，晶粒尺寸小。实施例2中石墨的尺寸为12微米，而普通球墨铸铁的石墨尺寸为30-40微米，很明显100MPa-150MPa的压力能够明显提高晶粒的晶粒度，对比例1与实施例1中明显看出随着铸造压力的升高，陶瓷颗粒与金属之间的结合程度越来越高。
试验例4
选取实施例1-6、对比例1-6提供的复合耐磨材料以及对比例7、对比例8，分别对材料进行耐磨性能测试。采用橡胶轮磨粒磨损实验机-具体参数：载荷-45N；磨损时长：20min；磨损介质：60目石英砂；介质出口流速：150g/min，结果如表2：
表2实验结果
由表2可知，相比于对比例，实施例1-6提供的复合耐磨材料在磨损测试过程中的磨损失重均小于对比例，并且随着磨损次数的增加，磨损失重量逐渐减少，说明本申请实施例提供的复合耐磨材料具有较好的耐磨性，相比金属基材料耐磨性提高2-10倍。其中，对比实施例3-4与对比例高铬铸铁明显可以看出，复合材料稳定的磨损量仅为高铬铸铁磨损量的十分之一，复合材料的耐磨性要明显高于基体材料，实施例1与对比例1可以看出，当压力增大，复合材料的耐磨性明显提高。
对实施例1-6提供的复合耐磨材料进行密度检测，方法：将压铸好的金属基体切成规则的立方体，用游标卡尺测量三维尺寸(a×b×c)，用电子天平称量立方体的质量m，可得基体材料的密度ρ＝m/(a×b×c)。检测结果表明实施例1-6提供的复合耐磨材料的密度较高，为7.3-7.7g/cm3。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (10)
1.一种陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，其特征在于，包括：将经过预热的陶瓷预制体与金属熔体在模具中加压复合成型，所述陶瓷预制体为具有蜂窝孔的蜂窝结构。
2.根据权利要求1所述的陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，其特征在于，所述加压复合成型的压强为100MPa-150Mpa。
3.根据权利要求1所述的陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，其特征在于，加压复合成型之后，还包括：将成型后的复合材料冷却至500-700℃，再进行回火处理。
4.根据权利要求3所述的陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，其特征在于，所述成型后的复合材料的冷却速率为5-20℃/min。
5.根据权利要求1至4任一项所述的陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷预制体中所述蜂窝孔的孔径为10-100mm。
6.根据权利要求1所述的陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷预制体中的陶瓷颗粒在所述陶瓷金属复合耐磨材料中的体积分数为10-50％。
7.根据权利要求1或6所述的陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷预制体中粘接剂的质量占陶瓷颗粒质量的3-10％。
8.根据权利要求1或6所述的陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷预制体中陶瓷颗粒的粒径为10-60目。
9.根据权利要求1或6所述的陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷预制体包括至少一层陶瓷颗粒，单层陶瓷颗粒的厚度为10-200mm。
10.根据权利要求1所述的陶瓷金属复合耐磨材料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷预制体中的陶瓷颗粒包括ZTA、Al2O3、ZrO2、B4C、TiC、WC、SiC、Si3N4以及TiB2中的至少一种，所述金属熔体包括高铬铸铁、球墨铸铁、高锰钢和低合金耐磨钢中的至少一种。
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Cited By (7)
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| CN112808978A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-18 | 松山湖材料实验室 | 一种复合材料及其制备方法、分料锥及其制备方法 |
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