本发明涉及金属材料领域，具体涉及一种耐高温陶瓷金属材料及其制备方法。
背景技术：
磨损是预制件产生失效的一种最基本的类型，目前普遍存在于冶金，矿山、火电、机械、水泥、煤矿等许多行业。这造成了原材料的极大浪费和能源的巨大的消耗，据不完全统计，我国每年消耗金属耐磨材料高达500万吨以上。可见提高机械设备及零部件的耐磨性能，可以有效减少能源的消耗，也可以提高劳动生产率。
石英粉是一种坚硬、耐磨、耐高温、化学性能稳定的硅酸盐矿物，广泛应用于建筑、电子、化工、机械等领域，通过对石英粉的改性加工，使其性能增强并应用于金属材料中效果显著。
针对上述情况，有人提出将金属和陶瓷制成复合材料，陶瓷金属复合材料是将陶瓷的高耐磨、高硬度性能和金属材料的韧性结合起来的一种新型复合材料。现在我国使用的金属陶瓷复合材料，主要通过国外进口，我国生产的金属陶瓷复合材料，其性能在现阶段与进口产品相比，还有一定的差距。不论国内还是国外的金属陶瓷复合材料，其主要工艺原理是依靠陶瓷颗粒增强金属材料的方法制造。
目前，研究最多的是以氧化铝，碳化硅，碳化钨陶瓷颗粒为骨料，合金粉末或基体金属粉末为填充剂，选择合适的粘结剂，压制成型，制成预制块，烘干。在真空烧结炉内熔化合金粉末、基体金属粉末，把陶瓷颗粒粘接成多孔的陶瓷预制体。然后再浇铸基体金属液。在浇铸基体金属液时，合金粉末熔化，金属液填充至该合金粉末的孔隙中，这样的预制体是靠粘接剂粘接成型易脆裂、易剥落。孔隙均匀性差，在浇铸基体金属液时，基体金属液渗透不透彻，不均匀，陶瓷颗粒和基体金属液的粘接性较差，从而导致耐磨性能较差，抗冲击性能差。因此，现有的陶瓷金属材料及其制备工艺需要改进。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种耐高温陶瓷金属材料及其制备方法，本发明的陶瓷金属材料性能优良，稳定性好，具有优异的耐高温、耐腐蚀以及耐冲击等性能，应用于多种领域，且制备方法简单可靠，具有广阔的市场前景。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种耐高温陶瓷金属材料，包括以下按重量份计的原料：加气铝粉20-30份、二氧化硅15-25份、氧化铁10-20份、氧化镁10-20份、氧化锌10-20份、改性石英粉8-12份、凹土粉5-15份、碳化硅纤维4-8份、斜发沸石粉3-7份、铝矾土3-5份、微晶蜡2-6份、硼氢化锂3-5份、发泡剂1-5份、分散剂1-5份、稳泡剂1-3份和稳定剂1-3份；
所述改性石英粉的制备工艺包括以下步骤：
1)称取石英粉在干燥箱中90-120℃预热干燥1-2h，加入占石英粉质量百分比8-12％的25％氨水溶液，在80-90℃下搅拌2-3h，过滤出石英粉，干燥；
2)再向干燥后的石英粉中加入其质量6-8％的偶联剂，在70-80℃下搅拌2-3h，过滤出石英粉；
3)最后将过滤出的石英粉输送至真空干燥箱内，在真空度为0.05-0.1mpa，90-100℃的条件下干燥加热2-3h后得改性石英粉。
进一步地，所述陶瓷金属材料包括以下按重量份计的原料：加气铝粉25份、二氧化硅20份、氧化铁15份、氧化镁15份、氧化锌15份、改性石英粉10份、凹土粉10份、碳化硅纤维6份、斜发沸石粉5份、铝矾土4份、微晶蜡4份、硼氢化锂4份、发泡剂3份、分散剂3份、稳泡剂2份和稳定剂2份。
优选地，所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、硅酸钠或碳酸钙中的一种。
优选地，所述分散剂为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠或焦磷酸钠中的一种。
优选地，所述稳泡剂为硅树脂聚醚乳液、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇中的一种。
优选地，所述稳定剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂tnp中的一种。
一种耐高温陶瓷金属材料的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)按照所述重量份配比称取原料；
(2)将除发泡剂、分散剂、稳泡剂和稳定剂的其它原料混合研磨至粒径≤2mm，得物料；
(3)将物料输送至熔炼炉中进行熔炼处理，得金属熔融体；
(4)待金属熔融体空冷至温度为360-420℃时，加入发泡剂、分散剂、稳泡剂和稳定剂混匀；
(5)将步骤(4)得到的金属熔融体通过负压浇铸至固定铸型中即可。
进一步地，在步骤(3)中，所述熔炼温度为780-860℃，熔炼时间为40-60min，熔炼炉内充入氮气或者氩气作为保护气体。
本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明的陶瓷金属材料制备工艺简单方便，减少了劳动力的输出和生产成本的投入，应用领域广泛，具有广阔的市场前景；
(2)本发明的陶瓷金属材料组分合理，比例协调，其结构中存在的大量闭合微孔使其具有优良的性能，稳定性好，具有优异的耐高温、耐腐蚀以及耐冲击等性能，有效地降低材料的脆弱性，增强了材料的强度，延长了陶瓷金属材料的使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种耐高温陶瓷金属材料，包括以下原料：加气铝粉20kg、二氧化硅15kg、氧化铁10kg、氧化镁10kg、氧化锌10kg、改性石英粉8kg、凹土粉5kg、碳化硅纤维4kg、斜发沸石粉3kg、铝矾土3kg、微晶蜡2kg、硼氢化锂3kg、发泡剂1kg、分散剂1kg、稳泡剂1kg和稳定剂1kg；
所述改性石英粉的制备工艺包括以下步骤：
1)称取石英粉在干燥箱中90℃预热干燥1h，加入占石英粉质量百分比8％的25％氨水溶液，在80℃下搅拌2h，过滤出石英粉，干燥；
2)再向干燥后的石英粉中加入其质量6％的偶联剂，在70℃下搅拌2h，过滤出石英粉；
3)最后将过滤出的石英粉输送至真空干燥箱内，在真空度为0.05mpa，90-100℃的条件下干燥加热2h后得改性石英粉。
其中，上述的发泡剂采用十二烷基硫酸钠；稳泡剂采用硅树脂聚醚乳液；稳定剂采用抗氧剂1010；分散剂采用三聚磷酸钠。
一种耐高温陶瓷金属材料的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)先将加气铝粉、二氧化硅、氧化铁、氧化镁、氧化锌、改性石英粉、凹土粉、碳化硅纤维、斜发沸石粉、铝矾土、微晶蜡和硼氢化锂混合研磨至粒径≤2mm，得物料；
(2)再将物料输送至熔炼炉中进行熔炼处理，熔炼温度设定为780℃，熔炼时间控制在40min，且熔炼炉内充入氮气作为保护气体，熔炼结束得金属熔融体；
(3)之后待金属熔融体空冷至温度为360℃，并在此时加入发泡剂、分散剂、稳泡剂和稳定剂混匀；
(4)最后将步骤(3)得到的金属熔融体通过负压浇铸至固定铸型中即制得本发明的耐高温陶瓷金属材料。
实施例2
一种耐高温陶瓷金属材料，包括以下原料：加气铝粉25kg、二氧化硅20kg、氧化铁15kg、氧化镁15kg、氧化锌15kg、改性石英粉10kg、凹土粉10kg、碳化硅纤维6kg、斜发沸石粉5kg、铝矾土4kg、微晶蜡4kg、硼氢化锂4kg、发泡剂3kg、分散剂3kg、稳泡剂2kg和稳定剂2kg；
所述改性石英粉的制备工艺包括以下步骤：
1)称取石英粉在干燥箱中105℃预热干燥1.5h，加入占石英粉质量百分比10％的25％氨水溶液，在85℃下搅拌2.5h，过滤出石英粉，干燥；
2)再向干燥后的石英粉中加入其质量6-8％的偶联剂，在75℃下搅拌2.5h，过滤出石英粉；
3)最后将过滤出的石英粉输送至真空干燥箱内，在真空度为0.08mpa，95℃的条件下干燥加热2.5h后得改性石英粉。
其中，上述的发泡剂采用硅酸钠；分散剂采用六偏磷酸钠；稳泡剂采用聚丙烯酰胺；稳定剂采用抗氧剂1076。
一种耐高温陶瓷金属材料的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)先将加气铝粉、二氧化硅、氧化铁、氧化镁、氧化锌、改性石英粉、凹土粉、碳化硅纤维、斜发沸石粉、铝矾土、微晶蜡和硼氢化锂混合研磨至粒径≤2mm，得物料；
(2)再将物料输送至熔炼炉中进行熔炼处理，熔炼温度设定为820℃，熔炼时间控制在50min，且熔炼炉内充入氩气作为保护气体，熔炼结束得金属熔融体；
(3)之后待金属熔融体空冷至温度为390℃，并在此时加入发泡剂、分散剂、稳泡剂和稳定剂混匀；
(4)最后将步骤(3)得到的金属熔融体通过负压浇铸至固定铸型中即制得本发明的耐高温陶瓷金属材料。
实施例3
一种耐高温陶瓷金属材料，包括以下原料：加气铝粉30kg、二氧化硅25kg、氧化铁20kg、氧化镁20kg、氧化锌20kg、改性石英粉12kg、凹土粉15kg、碳化硅纤维8kg、斜发沸石粉7kg、铝矾土5kg、微晶蜡6kg、硼氢化锂5kg、发泡剂5kg、分散剂5kg、稳泡剂3kg和稳定剂3kg；
所述改性石英粉的制备工艺包括以下步骤：
1)称取石英粉在干燥箱中120℃预热干燥2h，加入占石英粉质量百分比12％的25％氨水溶液，在90℃下搅拌3h，过滤出石英粉，干燥；
2)再向干燥后的石英粉中加入其质量8％的偶联剂，在80℃下搅拌3h，过滤出石英粉；
3)最后将过滤出的石英粉输送至真空干燥箱内，在真空度为0.1mpa，100℃的条件下干燥加热3h后得改性石英粉。
其中，上述的发泡剂采用碳酸钙；分散剂采用焦磷酸钠；稳泡剂采用聚乙烯醇；稳定剂采用抗氧剂tnp。
一种耐高温陶瓷金属材料的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)先将加气铝粉、二氧化硅、氧化铁、氧化镁、氧化锌、改性石英粉、凹土粉、碳化硅纤维、斜发沸石粉、铝矾土、微晶蜡和硼氢化锂混合研磨至粒径≤2mm，得物料；
(2)再将物料输送至熔炼炉中进行熔炼处理，熔炼温度设定为860℃，熔炼时间控制在60min，且熔炼炉内充入氮气作为保护气体，熔炼结束得金属熔融体；
(3)之后待金属熔融体空冷至温度为420℃，并在此时加入发泡剂、分散剂、稳泡剂和稳定剂混匀；
(4)最后将步骤(3)得到的金属熔融体通过负压浇铸至固定铸型中即制得本发明的耐高温陶瓷金属材料。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。