[發(fā)明專利]一種大尺寸陶瓷顆粒-鋼復(fù)合材料鑄入式增材制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911352777.3
• 申請(qǐng)日: 2019-12-25
• 公開（公告）號(hào): CN111069572B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李曉鵬;陳海瑞;彭勇;梁志敏;王克鴻;周琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B22D19/02
• 分類號(hào): B22D19/02;B33Y10/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 張玲

本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種大尺寸陶瓷顆粒?鋼復(fù)合材料鑄入式增材制造方法。步驟如下：在鋼質(zhì)基板上加工出與陶瓷顆粒形狀尺寸相符合的孔，將陶瓷顆粒預(yù)置到基板上放入爐中預(yù)熱，將鋼液加熱至熔點(diǎn)以上200?500℃，將鋼液澆鑄到預(yù)置陶瓷顆粒的基板，使得鋼質(zhì)基板部分熔化，冷卻后鑄入金屬與鋼質(zhì)基板的形成冶金結(jié)合，實(shí)現(xiàn)鑄入金屬對(duì)陶瓷顆粒的封裝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了以鑄入式的增材方式實(shí)現(xiàn)陶瓷?鋼復(fù)合材料的制備。本申請(qǐng)采用鑄入式增材方式將大尺寸陶瓷顆粒封裝入構(gòu)件中形成的陶瓷顆粒?鋼復(fù)合材料，一方面在提供防護(hù)能力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了減重，另一方面克服了片狀陶瓷復(fù)合裝甲的不抗多發(fā)彈的弊端，可抵抗多發(fā)彈的沖擊，獲得理想的高抗侵徹能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種大尺寸陶瓷顆粒-鋼復(fù)合材料鑄入式增材制造方法。

背景技術(shù)

目前坦克均質(zhì)裝甲的抗彈潛能已經(jīng)充分利用，無法滿足現(xiàn)代坦克裝甲輕量化和防護(hù)能力并重的新要求，迫切的需要一種兼顧輕量化和防護(hù)能力的新材料，因此陶瓷-鋼復(fù)合材料裝甲成為了坦克裝甲的新趨勢(shì)。

陶瓷材料用作裝甲材料時(shí)一直存在以下幾個(gè)問題：陶瓷受到彈丸沖擊后，不能有效的阻止表面裂紋的擴(kuò)展，容易發(fā)生脆性斷裂；不能有效的使彈丸發(fā)生偏航，減弱侵徹能力；陶瓷材料的破碎，是能量吸收過程中的一個(gè)關(guān)鍵，因此陶瓷裝甲材料的抗二次打擊能力普遍較弱。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高抗沖擊大尺寸陶瓷顆粒-鋼復(fù)合材料鑄入式增材制造方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種大尺寸陶瓷顆粒-鋼復(fù)合材料鑄入式增材制造方法，在鋼質(zhì)基板上預(yù)置大尺寸陶瓷顆粒，將過熱鋼液澆鑄到基板上，冷卻從而以鑄入式增材的方式實(shí)現(xiàn)金屬與基板的冶金結(jié)合，同時(shí)封裝陶瓷顆粒，得到陶瓷顆粒-鋼復(fù)合材料。

進(jìn)一步的，具體包括如下步驟：

步驟(1)：在鋼質(zhì)基板上加工出規(guī)則排列的孔；

步驟(2)：大尺寸陶瓷顆粒表面金屬化；

步驟(3)：將步驟(2)中表面金屬化的陶瓷顆粒預(yù)置到步驟(1)中鋼質(zhì)基板的孔中；

步驟(4)：將步驟(3)預(yù)置陶瓷顆粒的鋼質(zhì)基板置于鑄型之中；

步驟(5)：對(duì)步驟(4)所述的鑄型進(jìn)行預(yù)熱，將過熱的鋼液鑄入鑄型之中，冷卻形成鑄入式增材構(gòu)件。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)中使用的鋼質(zhì)基板的材質(zhì)為高氮鋼、603裝甲鋼、675裝甲鋼。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)在加工孔之前還包括對(duì)鋼質(zhì)基板的預(yù)處理，所述預(yù)處理具體為：將板加工成需要的尺寸形狀，打磨，清洗，置于真空中干燥。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)中孔的大小和形狀與陶瓷顆粒的大小和形狀相匹配，相鄰的孔之間的間距為2mm-10mm。

進(jìn)一步的，所述陶瓷顆粒的形狀為球形，圓柱形、棱柱形或圓錐形。

進(jìn)一步的，所述陶瓷顆粒的材質(zhì)為SiC、B₄C或Al₂O₃。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中陶瓷顆粒表面金屬化的方式為電鍍、化學(xué)鍍或沖擊鍍。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)的陶瓷顆粒表面金屬化的鍍層金屬為鎳、銅或鋅。

進(jìn)一步的，所述步驟(5)的預(yù)熱溫度為500-1500℃，過熱的鋼液的溫度為熔點(diǎn)以上200-500℃

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本申請(qǐng)的復(fù)合材料增材制造方法，采用鑄入式增材方式將大尺寸陶瓷顆粒封裝入構(gòu)件中形成的陶瓷顆粒-鋼復(fù)合材料，提高了材料的楊氏模量，減少了整體密度，同時(shí)提高了復(fù)合材料的抗彈能力；