CN114058920A - 仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷-金属复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷‑金属复合材料及其制备方法，属于仿生复合材料技术领域，本发明通过在冷冻铸造法的陶瓷浆料定向凝固阶段，诱导凝固前沿水分子横向二次结晶，将纵向连续的陶瓷层分割为间断的陶瓷块，简便的实现了陶瓷层从连续的层状到间断的砖泥结构的变化；通过在浸渗阶段引入反应转化的思想将过多的软相转化为硬相，解决了冷冻铸造法制备的复合材料中硬相含量过低的问题；并通过调控界面反应提高浸渗质量，解决了界面结合弱以及存在残留孔洞等浸渗缺陷的问题。最终制备出硬相体积分数高达50vol.％～90vol.％的仿贝壳砖泥结构的陶瓷‑金属复合材料，趋近了贝壳的结构特征。

Description

仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷-金属复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种仿贝壳砖泥结构的高体份陶瓷-金属复合材料及其制备方法，属于仿生复合材料技术领域。

背景技术

天然生物材料贝壳由于其优异的强韧性能受到人们的广泛关注和研究。贝壳独特的多尺度复杂精细的“砖-泥”结构赋予了它远超其组分的强韧性能。贝壳由95vol.％的文石小片(主要成分为CaCO₃)和5vol.％的有机质组成。硬相文石小片，即“砖”，是贝壳材料结构和强度的主要载体；而少量的有机质，即软相“泥”，主要起润滑的作用；相邻的“砖”层之间往往由陶瓷桥连接。贝壳的这种基于结构的强韧机制为克服陶瓷材料的固有脆性，开发高强韧的陶瓷增强复合材料提供了灵感。而相比于以有机物作为软相，金属材料如铝合金无疑具有更好的强韧性和耐高温性。因此，以金属材料作为韧性层，仿照贝壳的“砖-泥”结构来制备高体份陶瓷-金属层状复合材料将具有更好的强韧化效果，且适用于更广泛的应用领域。

近年来，冷冻铸造法(冰模板法)已发展成为制备具有仿贝壳结构的大尺度工程材料的一种有效方法。它是指将均匀分散的陶瓷浆料经定向凝固、冷冻干燥和烧结后获得多孔层状陶瓷骨架的一种制备技术。通过控制凝固动力学，使用添加剂，改变浆料理化性质等方法可以容易地调控陶瓷骨架的精细结构。结合浸渗工艺，向该多孔陶瓷坯体中填充有机物或金属等软相就可以获得软硬相相间的层状复合材料。整个制备过程简单，经济，环保，在仿贝壳材料的制备中被众多学者广泛应用。中国专利申请号为CN201410072030.3，公开号为CN103895285A，发明创造名称为“高强度层状Al基金属陶瓷复合材料及其制备方法”，公开了采用冷冻铸造结合无压浸渗工艺成功制备出高强度Al-Si-Mg/(Al₂O₃、SiC、TiC)层状复合材料。中国专利申请号为CN201710806238，公开号为CN107522475A，发明创造名称为“一种仿贝壳陶瓷基复合材料及其制备方法”，公开了采用冰模板法和液相浸渗技术制备了陶瓷层和第二相层交替的复合材料。但上述两种结构特征实质上是层状结构，和贝壳的“砖-泥”结构是有明显区别的。结构的不同导致的强韧化机制是完全不同的。这样的结构无法充分发挥贝壳的增韧潜力。另外，由于陶瓷浆料粘度和分散性的影响，常规冷冻铸造法制备的复合材料中陶瓷含量通常不超过40vol.％，远远低于贝壳珍珠层的95vol.％。过多的软相不仅会导致强度的降低，也不利于贝壳珍珠层强韧机制的模拟。所以如何构造贝壳的“砖-泥”结构并提高硬相含量成为了冷冻铸造法制备仿贝壳材料研究的主要关键点。中国专利申请号为CN201710570994，公开号为CN107326211A，发明创造名称为“一种高体份陶瓷-金属层状复合材料及其制备方法”，公开了采用冷冻铸造结合压力浸渗工艺成功制备出层状陶瓷-金属层状复合材料。之后采用热压工艺处理，减少了金属相含量，并将陶瓷层打断，得到了陶瓷体积分数高达70～90vol.％的“砖-泥”结构陶瓷金属复合材料。中国专利申请号为CN201510878832，公开号为CN105385875B，发明创造名称为“一种仿贝壳珍珠层的镁基复合材料及其制备方法”，采用冰模板法，压力浸渗法和叠层热压法烧结制备了仿贝壳珍珠层的镁基复合材料。然而这些方法工艺繁琐复杂，不易控制。在压力浸渗阶段，由于陶瓷和金属普遍差的润湿性，界面结合较弱，容易残留空洞等浸渗缺陷；在热压阶段又容易破坏材料的结构，难以实现规模化的生产。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供了一种仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷-金属复合材料及其制备方法，在冷冻铸造法的陶瓷浆料冷冻阶段，通过调节浆料的凝固动力学(冷冻速率，陶瓷颗粒尺度以及分散剂含量等)，利用纳米陶瓷颗粒之间的相互作用和沉降效应，诱导凝固前沿水分子周期性的横向二次结晶，将纵向连续的陶瓷层分割为间断的“砖”，实现了陶瓷层从连续的层状到间断的“砖”的可调控变化；通过在浸渗阶段引入反应转化的思想将过多的软相转化为硬相，解决了冷冻铸造法制备的复合材料硬相含量过低的问题；并通过调控界面反应提高浸渗质量，解决了界面结合弱以及存在残留孔洞等浸渗缺陷的问题。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：本发明提出了一种仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷-金属复合材料，其特征在于，所述仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷-金属复合材料的硬相和软相相间排列，金属将陶瓷层分隔开形成陶瓷块，且陶瓷块的纵横比调控范围为0.2～20，进而形成陶瓷层横向和纵向均不连续的砖泥结构，硬相成分是由陶瓷材料以及陶瓷材料与金属反应生成的产物组成，硬相体积分数达到50vol.％～90vol.％，相邻的陶瓷层由陶瓷材料与金属反应生成的产物桥连接。

进一步，所述陶瓷材料为SiO₂、TiO₂、CuO、ZrO₂和BN中的一种或多种，陶瓷材料的粉体颗粒直径为20nm～700nm；所述金属为纯Al或Al合金的一种。

进一步，所述陶瓷材料与金属反应生成的产物成分为Al₂O₃、AlN、Si、Al₃Ti、Al₂Cu、Al₃Zr和AlB₂中的一种或多种。

本发明还提出了一种制备所述的仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷-金属复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将纳米陶瓷粉体和去离子水按比例均匀混合，并加入一定量的分散剂和粘结剂，然后球磨8h～12h并真空除泡20min，得到均匀分散的水基陶瓷浆料；

其中：按体积百分比计，纳米陶瓷粉体和去离子水的配比为：70％～85％纳米陶瓷粉体，30％～15％去离子水，且纳米陶瓷粉体和去离子水的体积百分比之和为100％；按质量百分比计，分散剂和粘结剂的加入量均占所述纳米陶瓷粉体的0.5％～1.5％；

第二步，将水基陶瓷浆料注入到聚四氟乙烯模具中，利用液氮和加热装置控制设置在模具底部的铜棒温度(冷冻温度调控范围为-10℃～-40℃)，使冰晶沿温度梯度的方向定向凝固，将陶瓷颗粒排挤到冰晶的间隙中，形成定向排列的连续陶瓷层；利用冰晶前沿凝固速率和纳米陶瓷颗粒布朗运动的耦合效应致使冰晶前沿局部成分过冷，从而使凝固前沿周期性的出现横向温度梯度，诱导水分子在横向方向上二次形核和长大，从而将纵向连续的陶瓷层分割为间断的块状结构，最终得到冰层和陶瓷层间隔排列，且陶瓷层不连续的砖泥结构预制坯；

第三步，将预制坯放入冷冻干燥机内进行真空冷冻干燥，使预制坯中的冰晶升华去除，得到多孔的具有砖泥结构雏形的陶瓷骨架；

第四步，将干燥得到的多孔陶瓷骨架在空气或氩气气氛下高温烧结，去除分散剂和粘结剂；

第五步，采用真空-气体压力浸渗法将熔融金属液浸渗到多孔陶瓷骨架中；在浸渗过程中，金属液和陶瓷层发生原位反应，金属被逐步消耗并转化为增强相，最终形成仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷-金属复合材料。

作为本发明的一种优选方案，所述分散剂为聚甲基丙烯酸钠或羧甲基纤维素钠。

作为本发明的一种优选方案，所述粘结剂为聚乙烯醇。

优选的，所述的设置在模具底部的铜棒温度为-10℃～-40℃；所述真空冷冻干燥工艺为：温度-50℃，真空度10Pa，干燥时间48h～72h；所述高温烧结过程为：以2.5℃/min的速度加热到500℃，保温30min以除去有机物，然后以5℃/min加热到预定烧结温度800℃～1550℃，保温2h，之后以5℃/min降至室温；所述真空-气体压力浸渗工艺参数为：常温下浸渗炉抽真空至10Pa后，以5℃/min加热至750℃～850℃，保温10min～20min待金属熔化，然后向真空炉内通入高纯氩气至2MPa～3MPa，保温保压3min～5min，然后以5℃/min降温至室温。

进一步，在原位反应过程中，软相金属Al或Al合金逐步转化为Al₃Ti、Al₂Cu、Al₃Zr和AlB₂中的一种或多种增强相；陶瓷层SiO₂、TiO₂、CuO、ZrO₂和BN则转变为Al₂O₃或AlN，并能保持其不连续的层状结构。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

1、本发明在陶瓷浆料冷冻阶段通过诱导凝固前沿水分子横向二次结晶，将纵向连续的陶瓷层分割为间断的“砖”。在干燥和浸渗工艺后，轻易的实现了复合材料从连续的层状到“砖-泥”结构的可调控转变。

2、利用在浸渗金属过程中引入原位反应将复合材料中过多的软相金属转化为硬相，从而制备出硬相体积分数高达50vol.％～90vol.％的陶瓷-金属复合材料。通过调节反应程度来调整复合材料中软相硬相的比例，使之更加趋近于珍珠层软硬相比。

3、本发明通过界面反应改善了复合材料的界面结合，解决了因金属和陶瓷普遍润湿性差导致的界面结合弱，浸渗缺陷多的问题，使材料具有更好的强韧性能。

4、原位生成的陶瓷相颗粒细小，纯净，并且能很好的保持原始陶瓷层的层状结构。在气体压力下整个陶瓷层的逐步原位反应可以进一步减少陶瓷层内部的缺陷。

5、本发明提出的方法简单易行，经济环保，并进一步扩展了冷冻铸造法制备复合材料的原材料选择范围。

附图说明

图1是本发明所述的初始陶瓷含量为20vol.％的700nm TiO₂浆料在-40℃冷冻的坯体沿温度梯度方向的扫描电子显微镜照片；由于纳米颗粒的相互作用和沉降效应，在该过冷度下，凝固前沿周期性的出现横向温度梯度，诱导水分子横向二次结晶，从而将纵向连续的陶瓷层切割开来。

图2是本发明所述的初始陶瓷含量为20vol.％的300nm TiO₂坯体在775℃浸渗6061Al合金后得到的复合材料沿温度梯度方向的背散射电子显微镜照片；黑色为金属层，白色为陶瓷层，陶瓷层的纵横比(h/w)约为3～7。具体参数见实施例1。

图3是本发明所述的初始陶瓷含量为20vol.％TiO₂-SiO₂坯体在800℃浸渗6061Al合金后得到的复合材料沿温度梯度方向的光镜照片；黑色的块状为陶瓷层，其纵横比(h/w)约为1～3。具体参数见实施例2。

图4是本发明所述的初始陶瓷含量为30vol.％的BN坯体在850℃浸渗纯Al得到的复合材料沿温度梯度方向的光镜照片；其硬相含量达到了88vol.％，具体参数见实施例3。

具体实施方式

一种仿贝壳砖泥结构的高体份陶瓷-金属复合材料，所述复合材料具有类似贝壳的砖泥结构，砖泥结构尺寸可调，且硬相体积分数达到50vol.％～90vol.％；硬相成分是由陶瓷材料以及陶瓷材料与金属反应生成的产物组成，相邻的陶瓷层由陶瓷材料与金属反应生成的产物桥连接。

所述砖泥结构是指硬相和软相相间排列，硬相层是不连续的，被软相金属“泥”分割开形成了许多块成为“砖”。

所述砖泥结构的尺寸可调是指可以通过调节浆料的凝固动力学(过冷度，陶瓷材料颗粒尺度以及分散剂含量等)来诱导凝固前沿水分子周期性的横向二次结晶，从而实现“砖”纵横尺寸比的调控，纵横比调控范围为0.2～20；

所述陶瓷材料为SiO₂、TiO₂、CuO、ZrO₂和BN中的一种或多种，陶瓷材料的粉体颗粒直径为20nm～700nm；所述的硬相成分为Al₂O₃，AlN，Si，Al₃Ti，Al₂Cu，Al₃Zr和AlB₂中的一种或多种；所述金属为纯Al或Al合金；

一种仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷-金属复合材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步，将纳米陶瓷粉体和去离子水按比例均匀混合，并加入相应的分散剂和粘结剂，然后球磨8h～12h并真空除泡20min，得到均匀分散且稳定的水基陶瓷浆料；其中分散剂用来促进陶瓷粉体的均匀分散，粘结剂用来提高烧结前陶瓷骨架的强度；

第二步，将水基陶瓷浆料注入到聚四氟乙烯模具中，利用液氮和加热装置控制模具底部的铜棒温度进行陶瓷浆料的定向凝固；通常定向生长的冰晶会将陶瓷颗粒排挤到冰晶的间隙中，形成定向排列的连续陶瓷层；本发明通过调控凝固前沿冷冻温度(-10℃～-40℃)，在该冷冻温度下，凝固前沿周期性的出现横向温度梯度，利用纳米颗粒的相互作用和沉降效应，诱导陶瓷浆料周期性的横向二次结晶，从而将纵向连续的陶瓷层分割为间断的“砖”。最终得到冰层和陶瓷层间隔排列，且陶瓷层不连续的“砖-泥”结构预制坯；

第三步，将预制坯放入冷冻干燥机内进行真空干燥，使预制坯中的冰晶升华去除，得到多孔的陶瓷骨架；冷冻温度为-50℃，真空度为10Pa，干燥时间为48h～72h。

第四步，将干燥得到的多孔陶瓷骨架在合适的气氛下(空气或氩气)高温烧结，去除分散剂和粘结剂等有机物，并提高陶瓷骨架的强度；坯体高温烧结过程为：以2.5℃/min的速度加热到500℃，保温30min以除去有机物，然后以5℃/min加热到预定烧结温度800℃～1550℃，保温2h，之后以5℃/min降至室温。

第五步，采用真空-气体压力浸渗法将熔融金属液浸渗到多孔陶瓷骨架中；在浸渗过程中，金属液和陶瓷层发生原位反应；金属被逐步消耗并转化为增强相，持续的反应促进了金属陶瓷间的润湿，减少了浸渗缺陷并改善了界面结合；所述压力浸渗工艺参数为：常温下将浸渗炉抽真空至10Pa后，以5℃/min的速率加热至750℃～850℃，保温10min～20min待金属熔化，然后向真空炉内通入高纯氩气至2MPa～3MPa，保温保压3min～5min，然后以5℃/min降至室温。

其中，在浸渗原位反应过程中，软相金属Al或Al合金逐步转化为Al₃Ti、Al₂Cu、Al₃Zr和AlB₂中的一种或多种增强相；原陶瓷层SiO₂、TiO₂、CuO、ZrO₂和BN则转变为Al₂O₃或AlN，并能保持其不连续的层状结构。复合材料整体表现为类贝壳的“砖-泥”结构。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

将陶瓷粉体TiO₂(D₅₀＝300nm，99.9％)与去离子水混合，其中陶瓷体积分数为20vol.％，去离子水的体积分数为80vol.％，并加入分散剂(聚甲基丙烯酸钠，占陶瓷粉体质量的0.6wt.％)和粘结剂(聚乙烯醇，占陶瓷粉体质量的1wt.％)。然后采用转速为100r/min的行星式球磨机进行球磨12h，之后真空搅拌除泡20min，配制出初始陶瓷含量为20vol.％的TiO₂陶瓷浆料。将陶瓷浆料注入到聚四氟乙烯模具中，利用液氮和加热装置控制模具底部的铜棒温度恒定为-40℃进行陶瓷浆料的定向凝固。定向生长的冰晶将陶瓷颗粒排挤到冰晶的间隙中，形成定向排列的陶瓷层。周期性横向生长的二次冰晶将陶瓷层分割为间断的“砖”，最终得到冰层和陶瓷层相间排列且陶瓷层不连续的冷冻陶瓷坯体。冷冻好的陶瓷坯体退模后放入-50℃真空干燥机中冷冻干燥72h，使坯体中的冰晶升华去除，从而得到多孔陶瓷骨架。然后陶瓷骨架放入马弗炉中，在空气气氛下进行高温烧结。烧结工艺参数为：0℃～500℃升温速度为2.5℃/min，500℃时保温30min，以去除陶瓷骨架中的有机物，然后以5℃/min的速率升到预定温度1150℃，保温2h后以5℃/min的速率降至室温，得到多孔TiO₂陶瓷骨架。

将多孔TiO₂陶瓷骨架和6061Al合金锭依次放入氧化铝坩埚内，然后将坩埚放入浸渗炉中。将浸渗炉密封并抽真空至10Pa后，以5℃/min加热至775℃，保温10min，然后向炉内通入高纯氩气(99.9％)至3MPa，保温保压3min，然后以5℃/min降至室温。通过电子显微镜对所制得的6061Al/Al₂O₃层状复合材料进行微观结构表征。结果如图2所示，复合材料完整保留了原有多孔陶瓷预制体的结构。黑色金属层占据了原始孔隙位置，整个复合材料呈现类贝壳的“砖-泥”结构，其中“砖”纵横比(h/w)约为3～7。复合材料中剩余的软相铝含量为45vol.％，总的硬相含量为55vol.％。

实施例2

将陶瓷粉体TiO₂(D₅₀＝500nm，99.9％)和SiO₂(D₅₀＝20nm，99.9％)按质量比3:1混合，然后与去离子水混合，其中陶瓷总体积分数为20vol.％，去离子水的体积分数为80vol.％。分散剂和粘结剂的添加以及球磨除泡工艺同实施例1。将制得的陶瓷浆料在-20℃下定向凝固。冷冻后的陶瓷坯体在-50℃经过72h的干燥除冰后，得到多孔陶瓷骨架。该陶瓷骨架在空气气氛下高温烧结。烧结工艺参数为：0℃～500℃升温速度为2.5℃/min，500℃时保温30min，以去除陶瓷骨架中的有机物，然后以5℃/min升到预定温度900℃，保温2h后以5℃/min降至室温，得到多孔TiO₂陶瓷骨架。

向该多孔TiO₂陶瓷骨架中浸渗6061Al合金，浸渗方法同实施例1。浸渗温度为800℃。通过光学显微镜观察复合材料的微观结构。如图3所示，SiO₂的添加促进了Al和TiO₂的反应。大量的反应产物Al₃Ti分布在金属层中；深色的Al₂O₃陶瓷块纵横比(h/w)约为1～3。整体形貌类似贝壳的“砖-泥”结构。经计算复合材料中总的硬相含量达到71vol.％。

实施例3

将陶瓷粉体BN(D₅₀＝500nm，99.9％)与去离子水按体积比混合，其中陶瓷体积分数为30vol.％，去离子水的体积分数为70vol.％，并加入分散剂(羧甲基纤维素钠，占陶瓷粉体质量的0.8wt.％)和粘结剂(聚乙烯醇，占陶瓷粉体质量的1wt.％)，然后进行球磨(速度100r/min，球磨8h)并除泡20min，配制出初始陶瓷含量为30vol.％的BN陶瓷浆料。将制得的陶瓷浆料在-20℃下定向凝固。冷冻好的陶瓷坯体放入-50℃冷冻干燥机中冷冻干燥48h，使坯体中的冰晶升华去除，得到多孔陶瓷骨架。然后将陶瓷骨架在氩气气氛下进行高温烧结。烧结工艺参数为：0℃～500℃升温速度为2.5℃/min，500℃时保温30min，然后以5℃/min升到1000℃，保温15min后通入高纯氩气，然后在流动的氩气气氛下以5℃/min的加热速率升到1550℃，保温2h后以5℃/min降至室温，得到多孔BN陶瓷骨架。

向该多孔BN陶瓷骨架中浸渗纯Al，浸渗温度为850℃，浸渗方法同实施例1。通过光学显微镜观察该工艺下得到的Al/AlN复合材料微观结构。如图4所示，大量的反应产物AlB₂分布在金属层中；深色的AlN陶瓷块纵横比更小。整体形貌更加接近贝壳的“砖-泥”结构。经计算复合材料中的硬相含量达到了88vol.％。

Claims (10)

1.仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷-金属复合材料，其特征在于，所述仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷-金属复合材料的硬相和软相相间排列，金属将陶瓷层分隔开形成陶瓷块，且陶瓷块的纵横比调控范围为0.2～20，进而形成陶瓷层横向和纵向均不连续的砖泥结构，硬相成分是由陶瓷材料以及陶瓷材料与金属反应生成的产物组成，硬相体积分数达到50vol.％～90vol.％，相邻的陶瓷层由陶瓷材料与金属反应生成的产物桥连接。

2.根据权利要求1所述的仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷-金属复合材料，其特征在于：所述陶瓷材料为SiO₂、TiO₂、CuO、ZrO₂和BN中的一种或多种，陶瓷材料的粉体颗粒直径为20nm～700nm；所述金属为纯Al或Al合金的一种。

3.根据权利要求1或2所述的仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷-金属复合材料，其特征在于：所述陶瓷材料与金属反应生成的产物成分为Al₂O₃、AlN、Si、Al₃Ti、Al₂Cu、Al₃Zr和AlB₂中的一种或多种。

4.一种制备权利要求3所述的仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷-金属复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将纳米陶瓷粉体和去离子水按比例均匀混合，并加入分散剂和粘结剂，然后球磨8h～12h并真空除泡20min，得到均匀分散的水基陶瓷浆料；

其中：按体积百分比计，纳米陶瓷粉体和去离子水的配比为：70％～85％纳米陶瓷粉体，30％～15％去离子水，且纳米陶瓷粉体和去离子水的体积百分比之和为100％；按质量百分比计，分散剂和粘结剂的加入量均占所述纳米陶瓷粉体的0.5％～1.5％；

第二步，将水基陶瓷浆料注入到聚四氟乙烯模具中，利用液氮和加热装置控制设置在模具底部的铜棒温度，冷冻温度调控范围为-10℃～-40℃，使冰晶沿温度梯度的方向定向凝固，将陶瓷颗粒排挤到冰晶的间隙中，形成定向排列的连续陶瓷层；利用冰晶前沿凝固速率和纳米陶瓷颗粒布朗运动的耦合效应致使冰晶前沿局部成分过冷，从而使凝固前沿周期性的出现横向温度梯度，诱导水分子在横向方向上二次形核和长大，从而将纵向连续的陶瓷层分割为间断的块状结构，最终得到冰层和陶瓷层间隔排列，且陶瓷层不连续的砖泥结构预制坯；

第三步，将预制坯放入冷冻干燥机内进行真空冷冻干燥，使预制坯内的冰晶升华去除，得到多孔陶瓷骨架；

第四步，将冷冻干燥得到的多孔陶瓷骨架在空气或氩气气氛下高温烧结，去除分散剂和粘结剂；

第五步，采用真空-气体压力浸渗法将熔融金属液浸渗到所述多孔陶瓷骨架中；在浸渗过程中，金属液和原始陶瓷层发生原位反应，金属被逐步消耗并转化为增强相，最终形成仿贝壳砖泥结构高体份陶瓷-金属复合材料。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述分散剂为聚甲基丙烯酸钠或羧甲基纤维素钠。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述粘结剂为聚乙烯醇。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述真空冷冻干燥工艺为：温度-50℃，真空度10Pa，干燥时间48h～72h。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述高温烧结过程为：以2.5℃/min的速度加热到500℃，保温30min以除去有机物，然后以5℃/min加热到预定烧结温度800℃～1550℃，保温2h，之后以5℃/min降至室温。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述真空-气体压力浸渗工艺参数为：常温下浸渗炉抽真空至10Pa后，以5℃/min加热至750℃～850℃，保温10min～20min待金属熔化，然后向真空炉内通入高纯氩气至2MPa～3MPa，保温保压3min～5min，然后以5℃/min降温至室温。

10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在原位反应过程中，软相金属Al或Al合金逐步转化为Al₃Ti、Al₂Cu、Al₃Zr和AlB₂中的一种或多种增强相；陶瓷层SiO₂、TiO₂、CuO、ZrO₂和BN则转变为Al₂O₃或AlN，并能保持其不连续的层状结构。

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