阅读说明：本技术 一种用粉石英矿生产的3d打印金属陶瓷复合材料及其制备方法 (3D printing metal ceramic composite material produced from powdered quartz ore and preparation method thereof ) 是由 朱忠铜 李若普 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：一种用粉石英矿生产的3D打印金属陶瓷复合材料,其为球状结构,所述金属陶瓷复合材料由质量比为70:30的碳化硅粉末和金属粉末组成,其中,所述碳化硅粉末由摩尔比为0.7:1的粉石英矿和碳粉组成,所述金属粉末由质量比为90:100～0:10的铁粉和钴镍粉组成。发明得到的金属陶瓷复合材料,具有高强度、抗腐蚀强、松装密度高和流动性好的优点,此外,本发明中的金属陶瓷复合材料中金属材料的含量低,还具备高强度、轻量化的优点。(The 3D printing metal ceramic composite material produced by using the powdered quartz ore is of a spherical structure, and consists of silicon carbide powder and metal powder in a mass ratio of 70:30, wherein the silicon carbide powder consists of the powdered quartz ore and carbon powder in a molar ratio of 0.7:1, and the metal powder consists of iron powder and cobalt nickel powder in a mass ratio of 90: 100-0: 10. The metal ceramic composite material obtained by the invention has the advantages of high strength, strong corrosion resistance, high apparent density and good fluidity, and in addition, the metal ceramic composite material has low content of metal materials and also has the advantages of high strength and light weight.)

一种用粉石英矿生产的3D打印金属陶瓷复合材料及其制备 方法

技术领域

本发明涉及3D打印金属陶瓷生产领域，尤其涉及一种用粉石英矿生产的3D打印金属陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术

金属陶瓷，是一种由金属或合金与一种或几种陶瓷相所组成的非均质的复合材料，当陶瓷的含量高于总质量的50％时，亦可称为陶瓷-金属复合材料，而金属陶瓷作为介于高温合金和陶瓷材料之间的一种高温材料，具有兼顾金属的高韧性、可塑性、高延展性和陶瓷的高硬度、高熔点、耐腐蚀和耐磨损等优异性能。

碳化物颗粒具有高强度、高硬度、与基体润湿性良好等优点，其作为第二相颗粒增强金属基复合材料已广泛应用于航空航天、冶金、建材、电力、水电、矿山等领域，并取得了很好的应用效果。目前金属基复合材料生产中使用的碳化物颗粒主要有碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)、碳化钒(VC)、碳化铌(NbC)等。

因此，现有技术中，常采用碳化钨和碳化钛作为制备的金属陶瓷复合材料的原材料，来生产具有高强度和高硬度的金属陶瓷复合材料，以应用于3D打印领域，但是采用碳化钨和碳化钛作为原材料，往往具有生产成本高，环保性能差，制备的金属陶瓷复合材料重量大等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用粉石英矿生产的3D打印金属陶瓷复合材料及其制备方法。

本发明提供一种用粉石英矿生产的3D打印金属陶瓷复合材料，所述金属陶瓷复合材料为球状结构，其由质量比为70:30的碳化硅粉末和金属粉末组成，其中，所述碳化硅粉末由摩尔比为0.7:1的粉石英矿和碳粉组成，所述金属粉末由质量比为90:100～0:10的铁粉和钴镍粉组成。

进一步地，所述金属陶瓷复合材料的半径为15～65μm。

一种上述金属陶瓷复合材料的制备方法，主要包括以下步骤：

S1、按摩尔比为0.7:1的配比分别称取粉石英矿和碳粉，以及按质量比为90:100～0:10的配比分别称取铁粉和钴镍粉，并将称取的铁粉和钴镍粉混合均匀后，得到金属粉末，备用；

S2、将S1中得到的所述粉石英矿和所述碳粉在室温状态下进行搅拌均匀后，加热，直至生成碳化硅粉末；

S3、将S2中的所述碳化硅粉末与S1中的所述金属粉末按质量比为70:30的配比进行混合，并充分搅拌后，得到混合粉末，并对所述混合粉末进行熔炼，直至其内的金属粉末熔炼成熔融状态，得到金属混合液；

S4、将S3得到的金属混合液分别进行雾化、干燥和筛分处理，即可得到球形的金属陶瓷复合材料。

进一步地，S2中的搅拌速度大于100r/min，搅拌时间大于10h。

进一步地，S2中的加热温度为1700℃～1800℃。

进一步地，S3中的熔炼温度为1100℃～1550℃。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明得到的金属陶瓷复合材料，具有生产成本低、质量轻、环境友好、节能减耗、高强度、抗腐蚀强、松装密度高和流动性好等优点。而本发明中所述的用于制备金属陶瓷复合材料的方法，可实现对金属陶瓷复合材料的大规模生产，具有工艺简单的优点。

附图说明

图1是本发明所述一种用粉石英矿生产的3D打印金属陶瓷复合材料的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

一种用粉石英矿生产的3D打印金属陶瓷复合材料，其为球状结构，所述金属陶瓷复合材料由质量比为70:30的碳化硅粉末和金属粉末组成，其中，所述碳化硅粉末由摩尔比为0.7:1的粉石英矿和碳粉组成，所述金属粉末由质量比为90:100～0:10的铁粉和钴镍粉组成。

请参考图1

<实施例1>

本发明的实施例提供了一种用粉石英矿生产的3D打印金属陶瓷复合材料的制备方法，其主要包括以下步骤：

S1、按摩尔比为0.7:1的配比分别称取粉石英矿和碳粉，以及100g的铁粉，得到金属粉末，备用；

S2、将S1中得到的粉石英矿和碳粉分别加入球磨机中在室温状态下进行搅拌均匀后，其中，搅拌速度为150r/min，搅拌时间为10h，放入氢气碳管炉中加热，直至生成碳化硅粉末，其中，加热温度为1700℃；

S3、将S2中的碳化硅粉末与S1中的金属粉末按质量比为70:30的配比进行混合，并充分搅拌后，放入熔炼炉中至金属粉末熔炼成熔融状态，得到含有碳化硅粉末末的金属混合液，其中，熔炼温度为1100℃；

S4、将S3得到的金属混合液分别进行雾化、干燥和筛分处理，即可得到球形的金属陶瓷复合材料。

其中，S4中的雾化处理的过程为：从熔炼炉中把熔融的金属混合液倒入保温钢包，然后将保温钢包提升到舱型作业间顶端，将保温钢包下端导流管出口与舱型作业间顶端封闭连接，以使得保温钢包内的金属混合液流向舱型作业间内，舱型作业间内设有高压喷嘴，可喷射高压水流，高压水流将流向舱型作业间内的金属混合液雾化破碎成大量细小的金属液滴，细小的液滴在飞行过程中在表面张力和水的快速冷却共同作用下形成球形或不规则形细小粉末，即金属陶瓷复合材料，冷却后的金属陶瓷复合材料落到舱底的安有粉液分离筛网的收集器中，将收集到的金属陶瓷复合材料干燥处理后，进行筛分，即可得到符合要求的球形金属陶瓷复合材料，其中，符合要求的金属陶瓷复合材料的半径为15～65μm。

<实施例2>

本发明的实施例提供了一种用粉石英矿生产的3D打印金属陶瓷复合材料的制备方法，其主要包括以下步骤：

S1、按摩尔比为0.7:1的配比分别称取粉石英矿和碳粉，以及95g铁粉和5g钴镍粉，并将称取的铁粉和钴镍粉混合均匀后，得到金属粉末，备用；

S2、将S1中得到的粉石英矿和碳粉分别加入球磨机中搅拌均匀后，其中，搅拌速度为200r/min，搅拌时间为12h，放入氢气碳管炉中加热，直至生成碳化硅粉末，其中，加热温度为1750℃；

S3、将S2中的碳化硅粉末与S1中的金属粉末按质量比为70:30的配比进行混合，并充分搅拌后，放入熔炼炉中至金属粉末熔炼成熔融状态，得到含有碳化硅粉末末的金属混合液，其中，熔炼温度为1250℃；

S4、将S3得到的金属混合液分别进行雾化、干燥和筛分处理，即可得到球形的金属陶瓷复合材料。

<实施例3>

本发明的实施例提供了一种用粉石英矿生产的3D打印金属陶瓷复合材料的制备方法，其主要包括以下步骤：

S1、按摩尔比为0.7:1的配比分别称取粉石英矿和碳粉，以及90g铁粉和10g钴镍粉，并将称取的铁粉和钴镍粉混合均匀后，得到金属粉末，备用；

S2、将S1中得到的粉石英矿和碳粉分别加入球磨机中搅拌均匀后，其中，搅拌速度为400r/min，搅拌时间为14h，放入氢气碳管炉中加热，直至生成碳化硅粉末，其中，加热温度为1800℃；

S3、将S2中的碳化硅粉末与S1中的金属粉末按质量比为70:30的配比进行混合，并充分搅拌后，放入熔炼炉中至金属粉末熔炼成熔融状态，得到含有碳化硅粉末末的金属混合液，其中，熔炼温度为1550℃；

S4、将S3得到的金属混合液分别进行雾化、干燥和筛分处理，即可得到球形的金属陶瓷复合材料。

本发明中的金属陶瓷复合材料中，粉石英矿具有微晶和类球型的结构特征、炭化后和金属的润湿性好等特点，利用粉石英矿进行碳化来合成碳化硅，然后和其他金属粉体复合进行制粉，可以生产适用于3D打印的金属陶瓷材料。

由于钨、钛、钽、铌及金刚石的资源储量和生产工艺制约，生产环境友好度低，而且***格高。而对比碳化钽、碳化钨、碳化钒、碳化钛和金刚石，碳化硅的密度最低，相同体积分的复合材料，采用碳化硅材料与铁钴镍金属材料制备的金属陶瓷复合材料更轻，因此，本发明中的金属陶瓷复合材料相比常用超硬合金材料，还具备成本更低、质量更轻、环境友好、节能减耗等优点。

以市面上贩售的镍包碳化钨Ni6035WC自熔合金粉末做为对比例1，与本发明实施例1-实施例3所得的金属陶瓷复合材料进行各项性能测试，其测试结果如下表所示：

样品	显微硬度	密度g/cm<sup>3</sup>	重量(Kg)
				实施例1	2900	≥2.67	8.5
实施例2	2619	≥3.15	9.3
				实施例3	2750	≥2.85	9.07
对比例1	1200	≥13.65	12.3

由上表可得，相比对比例1，本发明实施例1-3所得的金属陶瓷复合材料具有密度小，硬度强和重量轻等优点。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。