一种Cu-Al2O3复合材料喷嘴的近净成形制备方法技术

一种Cu-Al2O3复合材料喷嘴的近净成形制备方法，包括如下的步骤：将5-15重量份的Cu颗粒、80-94重量份的Al2O3粉末和1-5重量份表面活性剂混合在一起；将所配的物料混合玛瑙球加入到球磨罐中球磨；将所制成的复合粉末与粘结剂在温度为145-160℃的条件下混炼；将混炼物料进行造粒，然后将造粒后的混炼物料注射成形，得到复合材料喷嘴胚体；先对得到的复合材料喷嘴胚体进行蒸汽脱脂，得到脱脂复合材料喷嘴胚体；先对步骤脱脂复合材料喷嘴胚体进行低温预烧结；然后对脱脂复合材料喷嘴胚体进行冷等静压工艺处理；最后对脱脂复合材料喷嘴胚体进行高温烧结处理，得到复合材料喷嘴成品。本发明专利技术所制得的喷嘴不仅成本低，而且能够制备体积更微小、形状更复杂、尺寸精度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种Cu-Al2O3复合材料喷嘴的近净成形制备方法
本专利技术涉及一种Cu-Al2O3复合材料喷嘴的制备方法，特别是一种Cu-Al2O3复合材料喷嘴的近净成形制备方法。
技术介绍
喷砂处理是以压缩空气为动力，磨料通过喷枪和喷嘴高速喷射到零件表面，可用于表面强化、表面清洗、表面喷涂、表面改性、喷磨料切割和水射流切割等工作，还可用于高精度、复杂零件的最后光饰加工。而喷嘴是上述进行表面处理喷砂机械设备上的关键部件之一，其中，陶瓷/金属复合材料喷嘴广泛地应用于机械、石油、化工、汽车、船舶、冶金、玻璃等行业。现有的陶瓷/金属复合材料喷嘴的制备方法主要有混合烧结法、挤压-熔铸法和原位反应复合法，混合烧结法是利用混粉设备将第二相粉末与陶瓷粉末在混粉介质中充分混合，然后将混合粉末经干燥、成型后，加热至烧结温度进行无压或热压烧结，冷却后获得最终材料；挤压-熔铸法首先采用传统陶瓷烧结工艺制备多孔性陶瓷预制块，然后将其放入模具，通过浇入金属或合金溶液，利用外加压力使溶液渗入预制块孔隙内部，经过冷却获得最终材料；原位反应复合法是利用化学反应生成第二相来强化陶瓷基体的工艺过程，其关键为在材料基体中添加能够生成第二相的物质（元素或化合物），并控制反应条件使添加物在基体致密化的过程中原位生成第二相，从而得到复合材料。从目前的研究来看，现有的陶瓷/金属复合材料喷嘴的制备方法主要存在着成本高且难以制备体积微小、形状复杂、尺寸精度高的喷嘴的技术难题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种Cu-Al2O3复合材料喷嘴的近净成形制备方法，用该Cu-Al2O3复合材料喷嘴的近净成形制备方法制备喷嘴不仅成本低，而且能够制备体积更微小、形状更复杂、尺寸精度更高的喷嘴。本专利技术要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，一种Cu-Al2O3复合材料喷嘴的近净成形制备方法，其特点是，包括如下的步骤：(1)混粉工艺：将5-15重量份的Cu颗粒、80-94重量份的Al2O3粉末和1-5重量份表面活性剂混合在一起，其中所述的Cu颗粒直径为8μm-10μm，Al2O3粉末的颗粒直径为0.5μm-1μm，所述的表面活性剂的颗粒直径为0.5mm-1mm；(2)球磨工艺：将步骤（1）中所配的物料混合玛瑙球加入到球磨罐中球磨5-20小时，其中玛瑙球和物料重量比为10-50∶1，得到复合粉末；(3)混炼工艺，将步骤（2）中所制成的复合粉末与粘结剂在温度为145-160℃的条件下混炼1.5-2.5h，得到混炼物料；其中，所述的粘结剂包括65-75重量份的PW、20-30重量份的LDPE和2-5重量份的SA；(4)注射工艺，将步骤（3）中的混炼物料进行造粒，然后将造粒后的混炼物料注射成形，得到成形的复合材料喷嘴胚体；(5)脱脂工艺，先对步骤（4）中得到的复合材料喷嘴胚体进行蒸汽脱脂，蒸汽脱脂工艺为：将脱脂剂蒸汽冷凝在复合材料喷嘴胚体的表面，形成4mm-6mm厚度的脱脂剂冷凝层，然后逐渐将温度升高到60-80℃将脱脂剂冷凝层渗透到复合材料喷嘴胚体内进行脱脂，脱脂时间为4-6h，然后对复合材料喷嘴胚体进行热脱脂，热脱脂工艺为：先将复合材料喷嘴胚体降至室温，然后经100-120min升至340-360℃，保温25-35min，再经70-80min升至480-520℃，保温55-65min，再经15-25min升至580-620℃，保温28-32min，最后降至室温，得到脱脂复合材料喷嘴胚体；(6)致密化工艺：先对步骤（5）中得到的脱脂复合材料喷嘴胚体进行低温预烧结，预烧结温度为800-950℃，保温1-3h；然后对脱脂复合材料喷嘴胚体进行冷等静压工艺处理，冷等静压压力为280-320MPa，保压时间1-10min；最后对脱脂复合材料喷嘴胚体进行高温烧结处理，烧结温度1500-1600℃，保温时间1-3h，得到复合材料喷嘴成品。本专利技术要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在所述的混粉工艺步骤中，将10重量份的增强体Cu颗粒、87重量份的Al2O3粉末和3重量份表面活性剂混合在一起。本专利技术要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在所述的球磨工艺中，将所配的物料混合玛瑙球加入到高能球磨机的球磨罐中，然后进行超声波辅助高能球磨5-20小时，其中玛瑙球和物料重量比为40∶1，制成复合粉末；所述的高能球磨机的转速为150-300rpm，超声波的频率35-45KHz，超声波的功率150-250W，超声波的强度1.1-1.2W/cm2。本专利技术要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在所述的混炼工艺中，将Cu粉和Al2O3粉复合粉末与粘结剂一起放入炼胶机混炼，炼胶机的转速为50-70r/min。本专利技术要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的粘结剂包括75重量份的PW、20重量份的LDPE和5重量份的SA，所述的混炼温度为150℃，混炼时间为2h。本专利技术要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在所述的注射工艺中，将造粒后的混炼物料在注塑机上注射成形，其中注射温度145-155℃，模具温度为35-45℃，注射压力85-95MPa，保压压力70-85MPa，注射时间6-9s，保压时间10-12s。本专利技术要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的注射温度150℃，模具温度为40℃，注射压力90MPa，保压压力80MPa，注射时间9s，保压时间12s。本专利技术要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在所述的脱脂工艺中，蒸汽脱脂工艺为：将脱脂剂蒸汽冷凝在复合材料喷嘴胚体的表面，形成5mm厚度的脱脂剂冷凝层，然后逐渐将温度升高到70℃将脱脂剂冷凝层渗透到复合材料喷嘴胚体内进行脱脂，脱脂时间为5h，然后对复合材料喷嘴胚体进行热脱脂，热脱脂工艺为：先将复合材料喷嘴胚体降至室温，然后经110min升至350℃，保温30min，再经75min升至500℃，保温60min，再经20min升至600℃，保温30min，最后降至室温，得到脱脂复合材料喷嘴胚体。本专利技术要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述的脱脂剂为三氯乙烯。本专利技术要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在所述的致密化工艺中，预烧结温度为900℃，保温时间为2h；所述的冷等静压压力为300MPa，保压时间为10min；所述的高温烧结温度为1580℃，保温时间为3h。与现有技术相比，本专利技术具有如下的技术效果：本专利技术通过采用混粉工艺、球磨工艺、混炼工艺、注射工艺及注射后的脱脂工艺和致密化工艺来制备Cu-Al2O3复合材料喷嘴，较混合烧结法、挤压-熔铸法和原位反应复合法工艺生产效率有大幅度提高，而且生产成本大大降低；本专利技术的工艺所制备的喷嘴的孔径可达到0.4mm-1.0mm，喷嘴的密度可达3.94g/cm3-4.24g/cm3，维氏硬度可达1351HV-1694HV，抗弯强度可达373MPa-544MPa，喷嘴的体积更小、硬度更高、尺寸精度更高。具体实施方式以下参照附图，进一步描述本专利技术的具体技术方案，以便于本领域的技术人员进一步地理解本专利技术，而不构成其权力的限制。实施例1，一种Cu-Al2O3复合材料喷嘴的近净本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Cu‑Al2O3复合材料喷嘴的近净成形制备方法，其特征在于，包括如下的步骤：(1)混粉工艺：将5‑15重量份的Cu颗粒、80‑94重量份的Al2O3粉末和1‑5重量份表面活性剂混合在一起，其中所述的Cu颗粒直径为8μm‑10μm，Al2O3粉末的颗粒直径为0.5μm‑1μm，所述的表面活性剂的颗粒直径为0.5mm‑1mm；球磨工艺：将步骤(1)中所配的物料混合玛瑙球加入到球磨罐中球磨5～20小时，其中玛瑙球和物料重量比为10‑50∶1，得到复合粉末；混炼工艺，将步骤(2)中所制成的复合粉末与粘结剂在温度为145‑160℃的条件下混炼1.5‑2.5h，得到混炼物料；其中，所述的粘结剂包括65‑75重量份的PW、20‑30重量份的LDPE和2‑5重量份的SA；注射工艺，将步骤(3)中的混炼物料进行造粒，然后将造粒后的混炼物料注射成形，得到成形的复合材料喷嘴胚体；脱脂工艺，先对步骤(4)中得到的复合材料喷嘴胚体进行蒸汽脱脂，蒸汽脱脂工艺为：将脱脂剂蒸汽冷凝在复合材料喷嘴胚体的表面，形成3mm‑6mm厚度的脱脂剂冷凝层，然后逐渐将温度升高到60‑80℃将脱脂剂冷凝层渗透到复合材料喷嘴胚体内进行脱脂，脱脂时间为4‑6h，再对复合材料喷嘴胚体进行热脱脂，热脱脂工艺为：先将复合材料喷嘴胚体降至室温，然后经100‑120min升至340‑360℃，保温25‑35min，再经70‑80min升至480‑520℃，保温55‑65min，再经15‑25min升至580‑620℃，保温28‑32min，最后降至室温，得到脱脂复合材料喷嘴胚体；致密化工艺：先对步骤(5)中得到的脱脂复合材料喷嘴胚体进行低温预烧结，预烧结温度为800‑950℃，保温1‑3h；然后对脱脂复合材料喷嘴胚体进行冷等静压工艺处理，冷等静压压力为280‑320MPa，保压时间1‑10min；最后对脱脂复合材料喷嘴胚体进行高温烧结处理，烧结温度1500‑1600℃，保温时间1‑3h，得到复合材料喷嘴成品。...

【技术特征摘要】
1.一种Cu-Al2O3复合材料喷嘴的近净成形制备方法，其特征在于，包括如下的步骤：(1)混粉工艺：将5-15重量份的Cu颗粒、80-94重量份的Al2O3粉末和1-5重量份表面活性剂混合在一起，其中所述的Cu颗粒直径为8μm-10μm，Al2O3粉末的颗粒直径为0.5μm-1μm，所述的表面活性剂的颗粒直径为0.5mm-1mm；(2)球磨工艺：将步骤（1）中所配的物料混合玛瑙球加入到球磨罐中球磨5～20小时，其中玛瑙球和物料重量比为10-50∶1，得到复合粉末；(3)混炼工艺，将步骤（2）中所制成的复合粉末与粘结剂在温度为145-160℃的条件下混炼1.5-2.5h，得到混炼物料；其中，所述的粘结剂包括65-75重量份的PW、20-30重量份的LDPE和2-5重量份的SA；(4)注射工艺，将步骤（3）中的混炼物料进行造粒，然后将造粒后的混炼物料注射成形，得到成形的复合材料喷嘴胚体；(5)脱脂工艺，先对步骤（4）中得到的复合材料喷嘴胚体进行蒸汽脱脂，蒸汽脱脂工艺为：将脱脂剂蒸汽冷凝在复合材料喷嘴胚体的表面，形成3mm-6mm厚度的脱脂剂冷凝层，然后逐渐将温度升高到60-80℃将脱脂剂冷凝层渗透到复合材料喷嘴胚体内进行脱脂，脱脂时间为4-6h，再对复合材料喷嘴胚体进行热脱脂，热脱脂工艺为：先将复合材料喷嘴胚体降至室温，然后经100-120min升至340-360℃，保温25-35min，再经70-80min升至480-520℃，保温55-65min，再经15-25min升至580-620℃，保温28-32min，最后降至室温，得到脱脂复合材料喷嘴胚体；(6)致密化工艺：先对步骤（5）中得到的脱脂复合材料喷嘴胚体进行低温预烧结，预烧结温度为800-950℃，保温1-3h；然后对脱脂复合材料喷嘴胚体进行冷等静压工艺处理，冷等静压压力为280-320MPa，保压时间1-10min；最后对脱脂复合材料喷嘴胚体进行高温烧结处理，烧结温度1500-1600℃，保温时间1-3h，得到复合材料喷嘴成品。2.根据权利要求1所述的一种Cu-Al2O3复合材料喷嘴的近净成形制备方法，其特征在于：在所述的混粉工艺步骤中，将10重量份的增强体Cu颗粒、87重量份的Al2O3粉末和3重量份表面活性剂混合在一起。3.根据权利要求1所述的一种Cu-Al2O3复合材料喷嘴的近净成形制备方法，其特征在于：在所述的球磨工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔斌，尚峰，付广柱，冯立超，贺毅强，董炎锋，
申请(专利权)人：淮海工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32