和粘结剂配成浆料，然后将浆料灌注到步骤I中空间结构塑料模板的空隙部分，然后将灌注浆料的空间结构塑料模板高温烧结将塑料烧出得到陶瓷颗粒预制体，高温烧结的温度由粘结剂种类和压力浸渍方法决定；其中陶瓷颗粒为80目-120目的ZTA(氧化锆增韧氧化铝)颗粒，粘结剂为水玻璃，粘结剂加入量为陶瓷颗粒质量的4%，向陶瓷颗粒和粘结剂中加入陶瓷颗粒质量5%的水混合制成浆料，灌注浆料的空间结构塑料模板从80°C ~700°C缓慢升温烘干，烧除模板中的塑料，并在900°C下焙烧0.5h得到陶瓷颗粒预制体；
步骤3、将步骤2的陶瓷颗粒预制体放置于铸型中，向铸型中加入金属基体熔体，利用压力浸渍方法制备得到金属基复合材料，其中将高锰钢(ZGMnl3)在1450 V温度下浇注到陶瓷颗粒预制体上，并施加70MPa的压力制备得到正六面体堆砌空间结构韧化钢基复合材料，该正六面体堆砌空间结构韧化钢基复合材料产品照片如图6所示，微观铸态组织图如图7所示，微观热处理组图如图8所示。
[0020]实施例3
制备双螺旋空间结构金属基基复合材料
该利用3D打印空间结构制备金属基复合材料的方法，其具体步骤如下:
步骤1、首先利用Proe绘图软件绘制所需空间结构的立体模型，所需空间结构的立体模型双螺旋空间结构，如图3所示，螺旋半径为1.8mm，节距为2mm。利用3D打印机将绘制出的空间结构打印成空间结构塑料模板；
步骤2、将陶瓷颗粒和粘结剂配成浆料，然后将浆料灌注到步骤I中空间结构塑料模板的实体内部中空部分，然后将灌注浆料的空间结构塑料模板高温烧结将塑料烧出得到陶瓷颗粒预制体，高温烧结的温度由粘结剂种类和压力浸渍方法决定；其中陶瓷颗粒为60目~120目的TiC，粘结剂为硅溶胶，粘结剂加入量为陶瓷颗粒质量的10%，向陶瓷颗粒和粘结剂中加入陶瓷颗粒质量7%的水混合制成浆料，灌注浆料的空间结构塑料模板从80°C ~700°C缓慢升温烘干，烧除模板中的塑料，并在700°C下焙烧1.5h得到陶瓷颗粒预制体；
步骤3、将步骤2的陶瓷颗粒预制体放置于铸型中，向铸型中加入金属基体熔体，利用压力浸渍方法制备得到金属基复合材料，其中将铸造铝合金(ZAlSi7Mg)在750°C温度下形成熔体浇注到陶瓷颗粒预制体上，并施加70MPa的压力制备得到双螺旋空间结构金属基复合材料。
[0021]实施例4
制备三角螺旋空间结构金属基复合材料
该利用3D打印空间结构制备金属基复合材料的方法，其具体步骤如下:
步骤1、首先利用Proe绘图软件绘制所需空间结构的立体模型，所需空间结构的立体模型三角螺旋空间结构，如图4所示，边长2mm，螺旋半径为1.8mm，节距为3mm。利用3D打印机将绘制出的空间结构打印成空间结构塑料模板；
步骤2、将陶瓷颗粒和粘结剂配成浆料，然后将浆料灌注到步骤I中空间结构塑料模板的空隙部分，然后将灌注浆料的空间结构塑料模板高温烧结将塑料烧出得到陶瓷颗粒预制体，高温烧结的温度由粘结剂种类和压力浸渍方法决定；其中陶瓷颗粒为60目~120目的质量比为1:1的氧化锆和碳化硅混合物，粘结剂为硅溶胶，粘结剂加入量为陶瓷颗粒质量的8%，向陶瓷颗粒和粘结剂中加入陶瓷颗粒质量6.5%的水混合制成浆料，灌注浆料的空间结构塑料模板从80°C ~700°C缓慢升温烘干，烧除模板中的塑料，并在750°C下焙烧1.2h得到陶瓷颗粒预制体；
步骤3、将步骤2的陶瓷颗粒预制体放置于铸型中，向铸型中加入金属基体熔体，利用压力浸渍方法制备得到金属基复合材料，其中将铸造铜合金(ZCuZn38Mn2Pb2)在990°C温度下形成熔体浇注到陶瓷颗粒预制体上，并施加70MPa的压力制备得三角螺旋空间结构金属基复合材料。
[0022]以上结合附图对本发明的【具体实施方式】作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
【主权项】
1.一种利用3D打印空间结构制备金属基复合材料的方法，其特征在于具体步骤如下: 步骤1、首先利用绘图软件绘制所需空间结构的立体模型，利用3D打印机将绘制出的空间结构打印成空间结构塑料模板； 步骤2、将陶瓷颗粒和粘结剂配成浆料，然后将浆料灌注到步骤I中空间结构塑料模板的空隙部分，然后将灌注浆料的空间结构塑料模板高温烧结将塑料烧出得到陶瓷颗粒预制体，高温烧结的温度由粘结剂种类和压力浸渍方法决定； 步骤3、将步骤2的陶瓷颗粒预制体放置于铸型中，向铸型中加入金属基体熔体，利用压力浸渍方法制备得到金属基复合材料。
2.根据权利要求1所述的利用3D打印空间结构制备金属基复合材料的方法，其特征在于:所述空间结构为球体堆砌、正六面体堆砌或螺旋结构。
3.根据权利要求1所述的利用3D打印空间结构制备金属基复合材料的方法，其特征在于:所述步骤2中陶瓷颗粒为60~250目的ZTA、氧化铝、氧化锆、碳化钨、碳化硅、碳化钛中的一种或几种任意比例混合物。
4.根据权利要求1或3所述的利用3D打印空间结构制备金属基复合材料的方法，其特征在于:所述步骤2中粘结剂为硅溶胶、水玻璃或偏磷酸铝，粘结剂加入量为陶瓷颗粒质量的 3~10%。
5.根据权利要求1或3所述的利用3D打印空间结构制备金属基复合材料的方法，其特征在于:所述步骤2中将灌注浆料的空间结构塑料模板从80°C ~700°C缓慢升温烘干，烧除模板中的塑料，并在700°C ~900°C下焙烧0.5-1.5h得到陶瓷颗粒预制体。
6.根据权利要求1或3所述的利用3D打印空间结构制备金属基复合材料的方法，其特征在于:所述步骤3中金属基体为铝合金、镁合金、铜合金或钢铁。
7.根据权利要求1或3所述的利用3D打印空间结构制备金属基复合材料的方法，其特征在于:所述步骤3中压力浸渍方法包括挤压铸造、压铸、低压铸造、消失模铸造。
【专利摘要】本发明涉及一种利用3D打印空间结构制备金属基复合材料的方法，属于金属基复合材料技术领域。首先利用绘图软件建立空间结构立体模型，并利用3D打印机将上述立体模型打印成空间结构塑料模板；然后将陶瓷颗粒和粘结剂配成浆料，灌注入塑料模板的空间结构间隙中；经过干燥、逐步升温，将塑料去除并烧结后获得具有一定强度和复杂空间结构的陶瓷颗粒预制坯；最后利用真空吸铸、挤压铸造等压力浸渍技术制备出金属基复合材料。该方法可以制备出精确控制和大范围变化的复杂空间结构的复合材料，而且工艺简单、便于机械化和自动化批量生产。
【IPC分类】B22D19-02
【公开号】CN104874768
【申请号】CN201510197457
【发明人】卢德宏, 赵馨月, 蒋业华
【申请人】昆明理工大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月24日