本發明屬于復合材料領域，具體涉及一種不銹鋼與陶瓷復合復合材料的制備方法。
背景技術：
在許多工業領域中對儲存液體容器的性能有非常高的要求，如在制藥、食品、化工等工業領域內，許多都要求儲液容器不僅強度高、耐機械沖擊以適應工藝加工過程中的碰撞、運輸，而且還要求容器內壁與液體接觸的地方要耐受液體的腐蝕。在現有技術中，多采用鈦金屬、不銹鋼或者二者與其他金屬的復合材料來制作上述容器，但是這些材料存在一些缺陷：1、金屬鈦或者不銹鋼等純金屬材料耐腐蝕效果不理想；2、復合強度不夠，主要是生產工藝受限所致，現有技術中的工藝制備方法難以讓兩種完全不同材質的金屬材料完全復合；3、兩種金屬復合以后，由于膨脹系數的差異，在長期使用過程中，尤其在容易經歷高低溫循環的工作環境中，金屬復合材料容易相互脫離，影響使用。
針對上述存在的問題，一些研究提出將金屬材料與陶瓷材料進行復合以獲得兩者的優勢——同時具有陶瓷材料的耐磨耐蝕性以及金屬材料的高強度高韌性?，F有技術中金屬-陶瓷復合材料制備方法主要包括粉末冶金、擠壓鑄造噴射沉積等，就目前的工藝看來，金屬-陶瓷復合材料的制作工藝復雜、成本高。市售的大多數金屬-陶瓷復合材料是采用在陶瓷基體上利用PVD法來沉積金屬，這種方法得到的金屬層非常薄，與陶瓷基體的結合力不高，在實際使用過程中只能作為裝飾品使用，不能作為特殊容器或者制件進行使用。
技術實現要素：
本發明針對現有技術中金屬-陶瓷復合材料制作工藝難、無工業實用性的問題提供了一種新的金屬-陶瓷復合材料的制備方法，通過對陶瓷材料的處理和對工藝的控制，通過金屬粉末注射實現了金屬與陶瓷基體的無縫連接，使制備得到的金屬-陶瓷復合材料既具備高強度又具有耐腐蝕的陶瓷面。
本發明所要解決的技術問題通過以下步驟予以實現：
本發明提供的不銹鋼-陶瓷復合材料的制備方法，包括如下步驟：
步驟一：在陶瓷材料復合面設有不規則凹槽，凹槽深度為0.1-0.6mm；凹槽形狀可設為波浪形或者不連續的圓點坑狀。
進一步優選，凹槽深度為0.3-0.6mm。
步驟二：將步驟一中的陶瓷材料復合面浸漬于腐蝕液中，其中腐蝕液由氫氟酸和鹽酸的混合水溶液；其中氫氟酸采用40wt%的氫氟酸，在腐蝕液中的濃度為20-80ml/L，鹽酸采用濃鹽酸，在腐蝕液中的濃度為260-320 ml/L；浸漬的條件為：溫度55-85℃、浸漬時長為20-60min。
步驟三：在陶瓷材料復合面凹槽中填充金屬或金屬氧化物粉體，在真空度為10-3-10-2Pa、溫度為900-1400℃條件下燒結成型；進一步地，填充的金屬或金屬氧化物為Zr、Co、ZrC、ZrO2、不銹鋼、非晶合金中的一種或多種，填充的金屬或金屬氧化物粉體粒度為1-30μm，燒結時間為1.5-2.5h。
步驟四：將步驟三中的陶瓷材料置于模具中，利用粉末冶金工藝將不銹鋼預制粉末在陶瓷材料復合面注射成型，冷卻后得到金屬陶瓷復合制品。
進一步地，適用于上述復合材料制備方法的陶瓷為碳化硅或者氮化硅陶瓷。
進一步地，完成步驟四之后還包括對復合材料表滿的拋磨以及噴砂處理。
在許多制備不銹鋼-陶瓷復合材料的方法中，采用的是直接將不銹鋼注射至陶瓷表面，盡管能夠一體成型，但是兩者結合力差。在本發明提供的方法中，同樣也是利用粉末冶金工藝將不銹鋼預制粉末在陶瓷材料復合面注射成型，但是在注射不銹鋼之前對陶瓷材料復合面進行預處理以增進兩種材料之間的結合力。
首先在制作陶瓷材料的時候需預先在陶瓷材料復合面設置不規則凹槽，并控制凹槽深度為0.1-0.6mm，凹槽形狀可設為波浪形或者不連續的圓點坑狀。凹槽是為了后續注射過程中容置不銹鋼液，使兩種材料之間形成不規則的相接面，增加兩種材料復合面的面積。僅僅增加復合面面積是不夠的，通過步驟二中的酸液浸漬，可使陶瓷材料復合面上增加有細小的孔隙，這些細小孔隙在粉末注塑不銹鋼的過程中可有效滲透不銹鋼液，將不銹鋼牢牢嵌入復合面中，進一步增加陶瓷材料與不銹鋼的結合力。進一步地，選擇更為優選的陶瓷和燒結條件以滿足整體工藝的需求。
本發明具有如下有益效果：
本發明提供了一種制作工藝簡單、實用的新的金屬-陶瓷材料的制備方法，
通過對陶瓷材料的處理和對工藝的控制，通過金屬粉末注射實現了金屬與陶瓷基體的無縫連接，使制備得到的金屬-陶瓷復合材料既具備高強度又具有耐腐蝕的陶瓷面。
具體實施方式
下面通過實施例對本發明的內容進行進一步的描述。
1、材料的選擇
本實施例中材料的選擇如下表所示：
上述實施例中的凹槽填充材料包含兩種材料的，每種材料質量各占50%。
2、復合材料的制備
按照1中的材料選擇陶瓷材質，制成長寬厚為10×10cm×1cm的陶瓷片材，任意選擇一面為復合面。在制備陶瓷片材的過程中，改變模具形狀即可獲得不規則的波浪形表面；制備出表面平整的陶瓷片材，利用相同材質的噴砂料進行噴砂，可獲得具有不連續圓點坑狀表面。在上述噴砂步驟中需注意，噴砂力需要進行控制以免造成陶瓷片材的損毀，可控制噴砂力度進行多次噴砂獲得所需表面。陶瓷片材表面的凹槽深度為0.1-0.6mm，優選為0.3-0.6mm，在此范圍內即可，無需要求凹槽深度一致。在本實施例中所有復合材料的制備過程中都選擇凹槽深度范圍在0.4-0.5mm。
將35ml/L的40wt%的氫氟酸與315ml/L的濃鹽酸配置成腐蝕液（溶劑為去離子水），在水浴加熱至80℃恒溫條件下，將陶瓷片材復合面浸漬于腐蝕液中浸漬50min。浸漬結束后，用去離子水洗凈陶瓷試片表面，烘干，然后填充凹槽填充材料，填充材料為粉體材料，在本實施例中選擇粒度為8μm左右的粉體，將凹槽填滿后，在真空度為10-3Pa，溫度為900-1400℃條件下燒結成型。具體燒結溫度如下表。
燒結完畢，陶瓷片材冷卻后，將陶瓷片材放置于不銹鋼粉末注射的模具中，利用粉末冶金工藝將不銹鋼預制粉末在陶瓷材料復合面注射成型，冷卻后得到金屬陶瓷復合制品。將制得的金屬陶瓷復合制品表面進行拋磨使其表面光滑美觀。
對比例3中，將不銹鋼直接粉末注射于陶瓷片材上。
對實施例和對比例中所制備得到的復合材料進行評價：實施例1-10號所制得的復合材料外形好，結合力強，金屬擺錘沖擊試驗中，破碎后不銹鋼仍然與陶瓷材料結合在一起，對比例1-2中陶瓷和不銹鋼之間在沖擊下破碎，破碎物中有不同程度的分離，對比例3中的復合材料則完全分離，證明實施例1-10中所制得的復合材料結合力好。在實驗過程中發現，填充材料中包含一定含量的Co金屬，燒結過程和后續不銹鋼注射成型過程中，不銹鋼液滲透的效果最好，包含有非晶合金的凹槽填充材料在不銹鋼注射成型過程中與不銹鋼之間的結合力最佳。
在應用實施例中的工藝中，氧化鋁陶瓷和硅酸鹽陶瓷對實施例中的腐蝕液耐受能力不佳，不建議使用本發明中提供的腐蝕液進行處理。
最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發明實施例的技術方案而非對其進行限制，盡管參照較佳實施例對本發明實施例進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明實施例的技術方案進行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術方案脫離本發明實施例技術方案的范圍。