BR112021001588A2

BR112021001588A2 - fabricação aditiva de componentes à base de carboneto de silício com partículas de diamante impregnadas

Info

Publication number: BR112021001588A2
Application number: BR112021001588-4A
Authority: BR
Inventors: Nikolaos Katsikis; Sarah Diener; Carsten Russner
Original assignee: Kyocera Fineceramics Precision Gmbh
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2021-04-20
Also published as: EP3841076C0; US20210179498A1; EP3841076B1; AU2019324479A1; CN112533886A; KR20210047296A; MX2021001223A; JP2021535059A; EP3841076A1; EP3841076B8; WO2020038799A1; JP7429220B2; CA3107399A1

Abstract

FABRICAÇÃO ADITIVA DE COMPONENTES À BASE DE CARBONETO DE SILÍCIO COM PARTÍCULAS DE DIAMANTE IMPREGNADAS. A presente invenção se refere a um processo para a produção de componentes que possuem partículas de diamante impregnadas em uma matriz de carboneto de silício, bem como a componentes que podem ser obtidos com esse processo.

Description

FABRICAÇÃO ADITIVA DE COMPONENTES À BASE DE CARBONETO DE SILÍCIO COM PARTÍCULAS DE DIAMANTE IMPREGNADAS

[001] A presente invenção se refere a um processo para a produção de componentes possuindo partículas de diamante impregnadas em uma matriz de carboneto de silício, bem como a componentes que podem ser obtidos com esse processo.

[002] Nos últimos anos, pode-se ver em muitas áreas uma tendência para uma precisão, miniaturização e otimização ecológica cada vez maiores, da engenharia mecânica e a produção de semicondutores à tecnologia aeroespacial, tanto em termos de produtos quanto tecnologicamente na fresagem, retificação, brunimento, perfuração ou fabricação aditiva. A fim de atender aos requisitos de desempenho cada vez maiores para componentes eletrônicos ou mecânicos, há, portanto, uma necessidade de opções de fabricação que permitam alta precisão de posicionamento e precisão dimensional.

[003] Na indústria de semicondutores, em particular, o carboneto de silício (SiC) se estabeleceu como um material popular para componentes devido à elevada dureza e rigidez com baixa densidade e baixa expansão térmica do mesmo. Para aumentar a resistência ao desgaste e o gerenciamento da temperatura de tais produtos feitos de carboneto de silício, partículas de diamante podem ser misturadas ao carboneto de silício. Isso resulta em vantagens em termos de resistência ao desgaste, as quais também são demandadas em outras aplicações, por exemplo, para ferramentas como ferramentas de fresagem, brunimento, perfuração ou retificação ou componentes de proteção contra desgaste, como anéis deslizantes, bocais, calços ou pinos. Com a implementação simultânea de canais de resfriamento, pode-se otimizar o gerenciamento de temperatura e, portanto, a dissipação de calor, bem como a vida útil ou os parâmetros de usinagem. Também é possível uma conformação otimizada em termos de peso ou conforme a aplicação, por exemplo, de forma biônica.

[004] Diferentemente dos materiais convencionais, como carboneto de silício com silício infiltrado (SiSiC), carboneto de silício sinterizado (SSiC) ou vidro cerâmico, o carboneto de silício preenchido com diamante (DiaSiC) melhora as propriedades do material necessárias nas ferramentas feitas a partir dele para a usinagem de componentes, bem como nos componentes feitos de DiaSiC. No entanto, os métodos de processamento convencionais de DiaSiC, como fundição por deslizamento ou prensagem, limitam a integração de moldes complexos que são necessários para aplicações exigentes. Isso se deve, em particular, às possibilidades limitadas de usinagem do carboneto de silício com preenchimento de diamante, uma vez que o componente não ceramizado apresenta alto desgaste da ferramenta durante a usinagem, o pó de fresagem obtido é difícil de reutilizar com relação aos diamantes e a usinagem dura, particularmente no caso de DiaSiC com silício infiltrado, só é possível de forma muito limitada devido às transições duro-mole entre o diamante e o silício metálico. Existe, portanto, a necessidade de um processo para processamento de carboneto de silício com preenchimento de diamante que supere as desvantagens supramencionadas.

[005] O documento WO 99/12866 descreve um processo para a produção de um compósito de diamante-carboneto de silício-silício a partir de partículas de diamante, compreendendo as etapas de moldar uma peça de trabalho com uma porosidade de 25 a 60% em volume, aquecer a peça de trabalho e controlar a temperatura de aquecimento e o tempo de aquecimento, de modo que uma certa quantidade desejada de grafite seja obtida grafitizando-se as partículas de diamante, criando assim um corpo intermediário, em que a quantidade de grafite obtida por grafitização é de 1 a 50% em peso da quantidade de diamante,

e infiltrar silício no corpo intermediário.

[006] O documento US 8,474,362 descreve um material compósito cerâmico à base de carboneto de silício reforçado com diamante. Através da adição do diamante se pode aumentar a dureza e o módulo de elasticidade do material, tornando-o particularmente adequado para utilização como material de blindagem. O material compósito é produzido por meio de fundição por sedimentação.

[007] O documento WO 2004/108630 descreve um processo para a produção de um compósito de diamante-carboneto de silício totalmente curado, em que uma mistura de pó de diamante microcristalino e pó de silício cristalino é moída em um moinho de bolas e a mistura obtida é então sinterizada a uma pressão de 5 GPa a 8 GPa e a uma temperatura de 1400 K a 2300 K.

[008] O documento WO 2015/112574 descreve um substrato multicamadas que possui uma camada de compósito que compreende partículas de diamante e partículas de carboneto de silício e uma camada de diamante aplicada à camada de compósito por meio de deposição química em fase vapor (CVD).

[009] O documento EP 2 915 663 descreve um processo no qual camadas de um pó cerâmico e de um polímero pré-cerâmico são aplicadas alternadamente, em que a camada do polímero pré-cerâmico é aplicada em um molde que corresponde à seção transversal de um objeto. O polímero pré- cerâmico é preferencialmente poli(hidridocarbina). Desse modo pode-se obter um diamante policristalino produzido a partir de nanodiamantes de detonação e poli(hidridocarbina).

[010] O documento US 9,402,322 descreve um processo para a produção de um guia de ondas óptico usando uma impressora 3D, em que uma pluralidade de camadas de poli(hidrido)carbina é aplicada na geometria de uma cobertura para um guia de ondas e uma pluralidade de camadas de poli(metilsilina) em formato de núcleo para o guia de ondas e as camadas são, então, aquecidas, obtendo-se um guia de ondas óptico com um núcleo de carboneto de silício policristalino envolto por diamante policristalino.

[011] O documento US 2018/0087134 se refere a um processo para a produção de um compacto de diamante policristalino (PDC), em que uma camada interfacial de gradiente com um gradiente do coeficiente de dilatação térmica é produzida através da formação de uma pluralidade de camadas intermediárias, das quais pelo menos duas têm diferentes coeficientes de expansão térmica, e fixada entre uma mesa de diamante termicamente estável (TSP) e uma base. Na presente invenção, o gradiente da camada interfacial de gradiente varia entre o coeficiente de expansão térmica da base e o da mesa de diamante termicamente estável.

[012] No entanto, os processos descritos no estado da técnica possuem a desvantagem de que componentes complexos só podem ser produzidos de forma muito dispendiosa, se é que podem, de qualquer maneira, serem produzidos. O objetivo da presente invenção é, portanto, prover um processo que permita a produção de componentes à base de carboneto de silício reforçado com partículas de diamante com uma alta resolução estrutural.

[013] Interessantemente, constatou-se que componentes com uma resolução estrutural correspondentemente alta, também de carboneto de silício reforçado com partículas de diamante, podem ser produzidos usando métodos de fabricação aditiva.

[014] Portanto, um primeiro objeto da presente invenção é um processo para a produção de um componente por meio de métodos de fabricação aditiva, em que o componente possui partículas de diamante impregnadas em uma matriz de carboneto de silício, em que o processo compreende uma etapa na qual é aplicada uma primeira camada de pelo menos um primeiro material à base de carboneto de silício e uma etapa adicional na qual é aplicada uma segunda camada de pelo menos um segundo material à base de carboneto de silício, em que pelo menos um dos materiais à base de carboneto de silício compreende partículas de diamante.

[015] Interessantemente, constatou-se que, desse modo, mesmo estruturas complexas e filigranas, que não são acessíveis por meio de processos de produção convencionais, como a prensagem, podem ser realizadas com uma alta resolução. Desse modo, pode-se prover, de forma simples e descomplicada, por exemplo, componentes com uma estrutura interna complexa resultante, por exemplo, da presença de canais de resfriamento internos.

[016] Constatou-se, interessantemente, que o uso de um material à base de carboneto de silício em comparação, por exemplo, com materiais sem partículas primárias de carboneto de silício, permite alcançar uma estabilidade dimensional aprimorada, mesmo com componentes de dimensões maiores, o que é particularmente vantajoso para o processamento posterior do componente. Além disso, provê-se desse modo um corpo estável feito de um material que não é atacado pelo silício nas etapas subsequentes do processo, como, por exemplo, na infiltração com silício.

[017] A melhor resolução estrutural e a maior precisão dimensional foram obtidas quando a produção do componente ocorreu em camadas individuais. Portanto, é preferencial uma modalidade do processo de acordo com a invenção na qual o componente é construído camada por camada. Em uma modalidade preferencial, o componente é construído a partir de pelo menos 50 camadas, preferencialmente de pelo menos 70 camadas.

[018] Em uma modalidade preferencial, o processo de fabricação aditiva é selecionado a partir do grupo consistindo em estereolitografia (SL), jateamento de material/impressão direta com tinta (DIP), escrita direta com tinta (DIW), robocasting (FDM), jateamento de aglutinante (3DP), sinterização seletiva a laser e combinações desses processos.

[019] O que esses processos têm em comum é a construção em camadas do componente durante o processo de fabricação. O processo de acordo com a invenção compreende, portanto, uma etapa na qual é aplicada uma primeira camada feita de pelo menos um primeiro material à base de carboneto de silício e uma etapa adicional na qual é aplicada uma segunda camada feita de pelo menos um segundo material à base de carboneto de silício, em que pelo menos um dos materiais compreende partículas de diamante. As partículas de diamante são preferencialmente aquelas selecionadas a partir do grupo consistindo em nanopartículas de diamante, micropartículas de diamante e suas misturas.

[020] No âmbito da presente invenção, “nanopartículas de diamante” se referem a partículas de diamante com um tamanho de partícula não superior a 200 nm. No âmbito da presente invenção, partículas de diamante com um tamanho de partícula de pelo menos 2 μm são referidas como “micropartículas de diamante”. O tamanho de partícula pode, por exemplo, ser determinado por meio de difratometria a laser.

[021] Em uma modalidade preferencial, as nanopartículas de diamante utilizadas no processo de acordo com a invenção possuem um tamanho de partícula de 40 a 160 nm, preferencialmente de 50 a 150 nm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser. Em outra modalidade preferencial da presente invenção, as micropartículas de diamante usadas no processo de acordo com a invenção possuem um tamanho de partícula de 3 a 300 μm, preferencialmente de 4 a 100 μm, de maneira particularmente preferencial de 30 a 300 μm, em particular de 40 a 100 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser. Em uma modalidade preferencial alternativa, as micropartículas de diamante possuem um tamanho de partícula de 3 a 10 μm e/ou 25 a 45 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser.

[022] Em uma modalidade preferencial, o primeiro material à base de carboneto de silício possui micropartículas de diamante impregnadas no mesmo, em que as micropartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 3 a 300 μm, de maneira particularmente preferencial de 4 a 100 μm, especialmente de 30 a 300 μm, em particular de 40 a 100 µm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser. Em uma modalidade preferencial alternativa, as micropartículas de diamante possuem um tamanho de partícula de 3 a 10 μm e/ou 25 a 45 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser.

[023] Em outra modalidade preferencial adicional, o segundo material à base de carboneto de silício possui nanopartículas de diamante impregnadas no mesmo, em que as nanopartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 40 a 160 nm, de maneira particularmente preferencial de 50 a 150 nm. Em outra modalidade preferencial, o primeiro material à base de carboneto de silício possui nanopartículas de diamante impregnadas no mesmo, em que as nanopartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 40 a 160 nm, de maneira particularmente preferencial de 50 a 150 nm. Em outra modalidade preferencial, o segundo material à base de carboneto de silício possui micropartículas de diamante impregnadas no mesmo, em que as micropartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 3 a 300 μm, de maneira particularmente preferencial de 4 a 100 μm. O tamanho de partícula pode ser determinado em cada caso por meio de difratometria a laser. De maneira particularmente preferencial, as micropartículas de diamante possuem um tamanho de partícula de 3 a 300 μm,

preferencialmente de 4 a 100 μm, de maneira particularmente preferencial de 30 a 300 μm, em particular de 40 a 100 μm, determinado respectivamente por difratometria a laser. Em uma modalidade preferencial alternativa, as micropartículas de diamante possuem um tamanho de partícula de 3 a 10 μm e/ou 25 a 45 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser.

[024] Em uma modalidade preferencial, as partículas de diamante são uma mistura de partículas de diamante, em que a mistura compreende preferencialmente nanopartículas de diamante e micropartículas de diamante, em que as nanopartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 40 a 160 nm, em particular de 50 a 150 nm e as micropartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 3 a 300 μm, preferencialmente de 4 a 100 μm, de maneira particularmente preferencial de 30 a 300 μm, em particular de 40 a 100 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser. Em uma modalidade preferencial alternativa, as micropartículas de diamante possuem um tamanho de partícula de 3 a 10 μm e/ou 25 a 45 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser.

[025] Em outra modalidade preferencial, o processo de acordo com a invenção possui ainda uma etapa na qual uma camada é aplicada a partir de um material à base de carboneto de silício que não possui partículas de diamante. Essa etapa pode ser realizada a qualquer momento durante o processo de acordo com a invenção, preferencialmente antes da aplicação da primeira camada ou entre a aplicação da primeira camada e da segunda camada ou após a aplicação da primeira e/ou da segunda camada.

[026] Em outra modalidade preferencial, as partículas de diamante utilizadas possuem um revestimento.

[027] Interessantemente, constatou-se que o processo de acordo com a invenção permite produzir componentes cuja composição varia, por exemplo, em termos de quantidade, formato de partícula ou tamanho de partícula das partículas de diamante, ao longo do volume do componente. Essa variação pode ser alcançada, em particular, utilizando diferentes materiais à base de carboneto de silício. Preferencialmente, o primeiro material à base de carboneto de silício e o segundo material à base de carboneto de silício são iguais ou diferentes.

[028] Em uma modalidade preferencial, o pelo menos primeiro e/ou pelo menos segundo material é aplicado na forma de um pó. Além do material à base de carboneto de silício, o pó possui preferencialmente outros componentes que são selecionados a partir da lista que consiste em partículas de diamante, grafite, negro de fumo e compostos orgânicos.

[029] Em uma modalidade preferencial alternativa, o pelo menos primeiro e/ou o pelo menos o segundo material é aplicado na forma de uma barbotina. Além do material à base de carboneto de silício, a barbotina possui outros componentes selecionados a partir da lista consistindo em partículas de diamante, grafite, negro de fumo e compostos orgânicos. Preferencialmente, a barbotina possui ainda um componente líquido. O componente líquido é preferencialmente um componente selecionado a partir do grupo consistindo em água, solventes orgânicos e suas misturas.

[030] Em uma modalidade preferencial, o processo de acordo com a invenção compreende ainda a aplicação de um aglutinante, em que o aglutinante é preferencialmente aplicado de acordo com a seção transversal desejada do componente a ser produzido. O aglutinante possui preferencialmente um ou mais compostos orgânicos selecionados a partir do grupo consistindo em resinas, polissacarídeos, álcool polivinílico, celulose e derivados de celulose, sulfonatos de lignina, polietilenoglicol, derivados de polivinil, poliacrilatos e misturas das mesmas.

[031] O método de fabricação aditiva para a produção de um componente que possui partículas de diamante impregnadas em uma matriz de carboneto de silício é preferencialmente derivado do método de escrita direta com tinta. Em uma modalidade preferencial, o processo de acordo com a invenção compreende, portanto, as seguintes etapas: a) aplicar pelo menos um primeiro material à base de carboneto de silício, em que o material é aplicado na forma de um fio que corresponde à geometria desejada do componente subsequente para obter uma primeira camada; b) aplicar pelo menos um segundo material à base de carboneto de silício sobre pelo menos uma parte da primeira camada, em que o material é aplicado na forma de um fio que corresponde à geometria desejada do componente subsequente, para a obtenção de uma segunda camada; c) repetir as etapas a) e b) até que o componente desejado seja obtido, em que pelo menos um de ambos os materiais à base de carboneto de silício compreende partículas de diamante, preferencialmente aquelas selecionadas a partir do grupo consistindo em nanopartículas de diamante, micropartículas de diamante e suas misturas. As nanopartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 40 a 160 nm, em particular de 50 a 150 nm e as micropartículas de diamante preferencialmente um tamanho de partícula de 3 a 300 μm, de maneira particularmente preferencial de 4 a 100 μm, especialmente de 30 a 300 μm, em particular de 40 a 100 µm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser. Em uma modalidade preferencial alternativa, as micropartículas de diamante possuem um tamanho de partícula de 3 a 10 μm e/ou 25 a 45 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser.

[032] Em uma modalidade preferencial dessa alternativa, o processo de acordo com a invenção compreende ainda uma ou mais etapas de secagem. A secagem é realizada, preferencialmente, após a aplicação do primeiro e/ou do segundo material. Além disso, o primeiro material e/ou o segundo material são preferencialmente iguais ou diferentes.

[033] Em outra modalidade preferencial alternativa, o processo de acordo com a invenção compreende as seguintes etapas: a) aplicar uma primeira barbotina compreendendo carboneto de silício para obter uma primeira camada; b) curar pelo menos uma parte da primeira camada correspondendo a geometria desejada do componente subsequente; c) aplicar uma segunda barbotina compreendendo carboneto de silício para obter uma segunda camada; d) curar pelo menos parte da primeira camada correspondendo a geometria desejada do componente subsequente; e) repetir as etapas a) a d) até que o componente desejado seja obtido, em que pelo menos uma das barbotinas compreende ainda partículas de diamante, preferencialmente aquelas que são selecionadas a partir do grupo consistindo em nanopartículas de diamante, micropartículas de diamante e suas misturas. As nanopartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 40 a 160 nm, em particular de 50 a 150 nm e as micropartículas de diamante preferencialmente um tamanho de partícula de 3 a 300 μm, de maneira particularmente preferencial de 4 a 100 μm, especialmente de 30 a 300 μm, em particular de 40 a 100 µm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser. Em uma modalidade preferencial alternativa, as micropartículas de diamante possuem um tamanho de partícula de 3 a 10 μm e/ou 25 a 45 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser.

[034] Em uma modalidade preferencial, a primeira e/ou a segunda barbotina compreende ainda polímeros fotoativos. Esses polímeros são selecionados preferencialmente a partir do grupo consistido em acrilatos à base de resina ou acrilamidas à base de água, corantes para conversão de energia, polissacarídeos, derivados de glicosaminoglicano à base de dextrano, hialuronano ou sulfatos de condroitina. Além disso, a primeira e/ou a segunda barbotina possui preferencialmente outra fonte de carbono, preferencialmente grafite ou negro de fumo, outros constituintes orgânicos e uma fase líquida. A fase líquida pode ser, por exemplo, água, solventes orgânicos ou suas misturas. Em uma modalidade preferencial, a primeira e a segunda barbotinas são iguais ou diferentes.

[035] A cura nas etapas b) e d) da alternativa descrita do processo de acordo com a invenção é realizada preferencialmente por meio de laser.

[036] Em outra alternativa preferencial, o processo de acordo com a invenção compreende as seguintes etapas: a) aplicar um primeiro material à base de carboneto de silício; b) aplicar um aglutinante de acordo com a geometria desejada do componente subsequente; c) opcionalmente, secar o aglutinante; d) aplicar um segundo material à base de carboneto de silício; e) aplicar um aglutinante de acordo com a geometria desejada do componente subsequente; f) opcionalmente, secar o aglutinante; e g) repetir as etapas a) a f) até que o componente desejado seja obtido, em que pelo menos um dos dois materiais à base de carboneto de silício compreende partículas de diamante, preferencialmente aquelas selecionadas a partir do grupo consistindo em nanopartículas de diamante, micropartículas de diamante e misturas das mesmas. As nanopartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 40 a 160 nm, em particular de 50 a 150 nm e as micropartículas de diamante preferencialmente um tamanho de partícula de 3 a 300 μm, em particular de 4 a 100 μm, especialmente de 30 a 300 μm, em particular de 40 a 100 µm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser.

[037] Em uma modalidade preferencial alternativa, as micropartículas de diamante possuem um tamanho de partícula de 3 a 10 μm e/ou 25 a 45 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser.

[038] Em uma modalidade preferencial dessa alternativa, o primeiro material e/ou o segundo material são iguais ou diferentes.

[039] O primeiro e o segundo materiais podem ser aplicados de várias formas. Em uma modalidade preferencial, a aplicação ocorre na forma de um pó ou de uma barbotina. No caso de o primeiro e o segundo materiais serem aplicados na forma de uma barbotina, o processo de acordo com a invenção compreende ainda preferencialmente uma etapa na qual as camadas aplicadas por meio da barbotina são secas.

[040] Em uma modalidade preferencial, o processo de acordo com a invenção compreende ainda uma etapa de desmoldagem para obtenção do componente desejado. Na presente invenção, o material supérfluo que se acumulou durante o processo de fabricação é removido. Nessa etapa de desmoldagem, os processos convencionais geralmente apresentam o risco de o componente ser danificado devido à falta de estabilidade dimensional. No âmbito da presente invenção, verificou-se interessantemente para um tipo de processo que a desmoldagem pode ser realizada de maneira simples por meio de lavagem, sem que o componente seja adversamente afetado. Portanto, é preferencial uma modalidade em que a etapa de desmoldagem compreende a lavagem do componente com um meio líquido, em que o meio líquido é preferencialmente água, solventes orgânicos ou suas misturas.

[041] Em outra modalidade preferencial do processo de acordo com a invenção, o componente também é submetido a uma etapa de remoção do aglutinante. O aglutinante é preferencialmente removido termicamente através de aquecimento do componente.

[042] Em outra modalidade preferencial, o processo de acordo com a invenção compreende ainda a sinterização do componente obtido. A sinterização pode conferir resistência adicional ao componente. Na presente invenção, a sinterização ocorre preferencialmente sem pressão adicional, ou seja, a uma pressão correspondente ou inferior à pressão ambiente (pressão normal). A pressão normal é entendida como uma pressão que corresponde ao valor médio da pressão do ar na superfície terrestre e é de 100 kPa a 102 kPa (1 a 1,02 bar). A sinterização “sem pressão” tem a vantagem de que as estruturas em filigrana ou estruturas internas formadas durante o processo de fabricação também são mantidas durante ou após a sinterização.

[043] No âmbito do processo de acordo com a invenção, o componente é ceramizado preferencialmente por meio de uma etapa de infiltração. Constatou- se que as propriedades do componente obtido por meio do processo de acordo com a invenção podem ser aprimoradas por meio de infiltração de silício no componente. Portanto, é preferencial uma modalidade em que o processo de acordo com a invenção compreende, ainda, uma etapa na qual o componente obtido é submetido adicionalmente a uma etapa de infiltração de silício. Para tanto, pode-se utilizar métodos conhecidos pelo técnico no assunto, tais como imersão em silício fundido, fusão conjunta do componente e do silício, em que o silício é fornecido a granel, como bolo ou barbotina direta ou indiretamente por pavios ou placas intermediárias.

[044] Um objeto adicional da presente invenção também é um componente que possui partículas de diamante impregnadas em uma matriz de carboneto de silício, preferencialmente aquelas que são selecionadas a partir do grupo consistindo em nanopartículas de diamante, micropartículas de diamante e suas misturas. As nanopartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 40 a 160 nm, em particular de 50 a 150 nm, e as micropartículas de diamante preferencialmente um tamanho de partícula de 3 a 300 μm, em particular de 4 a 100 μm, de maneira particularmente preferencial de 30 a 300 μm, em particular de 40 a 100 µm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser. Em uma modalidade preferencial alternativa, as micropartículas de diamante possuem um tamanho de partícula de 3 a 10 μm e/ou 25 a 45 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser.

[045] O componente de acordo com a invenção pode, preferencialmente, ser obtido pelo processo de acordo com a invenção. Interessantemente, constatou-se que tais componentes possuem uma alta resolução estrutural e uma alta precisão dimensional. Portanto, é preferencial uma modalidade na qual o componente é um componente com uma geometria complexa. O componente de acordo com a invenção possui preferencialmente pelo menos uma superfície estruturada macroscopicamente, em que a superfície estruturada possui, por exemplo, projeções e/ou saliências e/ou estruturas internas como, por exemplo, canais.

[046] Constatou-se ainda, interessantemente, que a proporção de partículas de diamante no componente pode ser significativamente aumentada em comparação com os processos de produção convencionais. É, portanto, preferencial uma modalidade na qual o componente possui uma concentração de partículas de diamante de 30 a 80% em volume, preferencialmente de 40 a 70% em volume, respectivamente em relação ao volume total do componente.

[047] O processo de acordo com a invenção permite a produção de componentes cujas propriedades podem ser adaptadas individualmente aos respectivos requisitos, por exemplo, através da aplicação de diferentes materiais à base de carboneto de silício. Desse modo, por exemplo, a concentração, o tamanho e o formato das partículas de diamante no componente podem ser variados ao longo do seu volume total. Desse modo, pode-se obter componentes que possuem um gradiente correspondente.

[048] Portanto, é preferencial uma modalidade na qual a concentração das partículas de diamante varia ao longo do volume total do componente. Por exemplo, pode-se prover um componente que possua uma concentração de partículas de diamante mais alta em camadas próximas à superfície do que em camadas internas.

[049] Em uma modalidade preferencial, o componente de acordo com a invenção possui uma mistura de partículas de diamante que compreende nanopartículas de diamante e micropartículas de diamante. As nanopartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 40 a 160 nm, preferencialmente de 50 a 150 nm. As micropartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 3 a 300 μm, preferencialmente 4 a 100 μm. O tamanho de partícula pode ser determinado, por exemplo, por meio de difratometria a laser. As micropartículas de diamante contidas no componente possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 3 a 300 μm, preferencialmente de 4 a 100 μm, de maneira particularmente preferencial de 30 a 300 μm, em particular de 40 a 100 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser. Em uma modalidade preferencial alternativa, as micropartículas de diamante possuem um tamanho de partícula de 3 a 10 μm e/ou 25 a 45 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser.

[050] Provou-se vantajoso quando o componente possue um gradiente em relação ao tamanho de partícula da partícula de diamante. Desse modo, as propriedades das nanopartículas de diamante e micropartículas de diamante podem ser combinadas de maneira vantajosa. As nanopartículas de diamante possuem grandes vantagens em termos de conformação ou homogeneidade da estrutura, que são particularmente altamente desejáveis na área da borda de um componente ou ferramenta. Os microdiamantes são, por outro lado, mais fáceis de incorporar em uma matriz cerâmica do ponto de vista econômico e técnico, e ao mesmo tempo apresentam as propriedades desejadas, como alta condutividade térmica, alto módulo de elasticidade ou alta tenacidade à fratura. Portanto, é preferencial uma modalidade do componente de acordo com a invenção na qual o tamanho de partícula das partículas de diamante varia ao longo do volume total do componente. Em particular, é preferencial uma modalidade na qual as partículas de diamante são distribuídas sucessivamente da superfície do componente para o seu centro conforme o tamanho aumenta. É particularmente preferencial uma modalidade na qual o componente de acordo com a invenção compreende várias camadas, em particular uma camada de base que é livre de partículas de diamante, uma camada intermediária que compreende micropartículas de diamante e uma camada de cobertura que compreende nanopartículas de diamante.

[051] Em uma modalidade preferencial, o formato das partículas de diamante varia ao longo do volume total do componente.

[052] Em outra modalidade preferencial, a composição do componente varia ao longo do seu volume total. Isso pode ser alcançado, por exemplo, adicionando-se diferentes aditivos aos materiais à base de carboneto de silício usados para produzir o componente.

[053] Outro objeto da presente invenção é o uso de partículas de diamante impregnadas em uma matriz de carboneto de silício em processos de fabricação aditiva. As partículas de diamante são preferencialmente aquelas selecionadas a partir do grupo que consiste em nanopartículas de diamante, micropartículas de diamante e suas misturas. As nanopartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 40 a 160 nm, em particular de 50 a 150 nm, e as micropartículas de diamante preferencialmente um tamanho de partícula de 3 a 300 μm, em particular de 4 a 100 μm, de maneira particularmente preferencial de 30 a 300 μm, em particular de 40 a 100 µm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser. Em uma modalidade preferencial alternativa, as micropartículas de diamante possuem um tamanho de partícula de 3 a 10 μm e/ou de 25 a 45 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser.

[054] Em uma modalidade particularmente preferencial, as partículas de diamante são uma mistura de nanopartículas de diamante e micropartículas de diamante, em que as nanopartículas de diamante possuem um tamanho de partícula de 40 a 160 nm, preferencialmente de 50 a 150 nm, e as micropartículas de diamante possuem um tamanho de partícula de 3 a 300 μm, preferencialmente de 4 a 100 μm, de maneira particularmente preferencial de 30 a 300 μm, em particular de 40 a 100 μm, determinado respectivamente por difratometria a laser. Em uma modalidade preferencial alternativa, as micropartículas de diamante possuem um tamanho de partícula de 3 a 10 μm e/ou de 25 a 45 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser.

[055] A FIG. 1 mostra uma estrutura exemplar de um componente de acordo com a invenção feito de carboneto de silício, que possui um gradiente de tamanho de partícula das partículas de diamante impregnadas na matriz de carboneto de silício.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para a produção de um componente por meio de processos de fabricação aditiva, caracterizado pelo fato de que o componente possui partículas de diamante impregnadas em uma matriz de carboneto de silício, em que o processo compreende uma etapa na qual é aplicada uma primeira camada de pelo menos um primeiro material à base de carboneto de silício e uma etapa adicional na qual é aplicada uma segunda camada de pelo menos um segundo material à base de carboneto de silício, em que pelo menos um dos materiais à base de carboneto de silício compreende partículas de diamante.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo de fabricação aditiva é selecionado a partir do grupo consistindo em estereolitografia (SL), jateamento de material/impressão direta com tinta (DIP), escrita direta com tinta (DIW), robocasting (FDM), jateamento de aglutinante (3DP), sinterização seletiva a laser e uma combinação desses processos.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro material à base de carboneto de silício e o segundo material à base de carboneto de silício são iguais ou diferentes.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as partículas de diamante são partículas de diamante selecionadas a partir do grupo consistindo em nanopartículas de diamante, micropartículas de diamante e misturas das mesmas, em que as nanopartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 40 a 160 nm, em particular de 50 a 150 nm, e as micropartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 3 a 300 μm, em particular de 4 a 100 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser.

5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o processo compreende as seguintes etapas: a) aplicar um primeiro material à base de carboneto de silício; b) aplicar um aglutinante de acordo com a geometria desejada do componente subsequente; c) opcionalmente, secar o aglutinante; d) aplicar um segundo material à base de carboneto de silício; e) aplicar um aglutinante de acordo com a geometria desejada do componente subsequente; f) opcionalmente, secar o aglutinante; e g) repetir as etapas a) a f) até que o componente desejado seja obtido, em que pelo menos um de ambos os materiais à base de carboneto de silício compreende partículas de diamante.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o pelo menos primeiro e/ou o pelo menos segundo material é aplicado na forma de um pó.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o pelo menos primeiro e/ou o pelo menos segundo material é aplicado na forma de uma barbotina.

8. Componente, obtenível de acordo com um processo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o componente possui preferencialmente pelo menos uma superfície estruturada macroscopicamente e/ou estruturas internas.

9. Componente, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o componente possui uma concentração de partículas de diamante de 30 a 80% em volume, preferencialmente de 40 a 70% em volume.

10. Componente, de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o tamanho de partícula das partículas de diamante varia em relação ao volume total do componente.

11. Componente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que as partículas de diamante são partículas de diamante selecionadas a partir do grupo consistindo em nanopartículas de diamante, micropartículas de diamante e misturas das mesmas, em que as nanopartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 40 a 160 nm, em particular de 50 a 150 nm, e as micropartículas de diamante possuem preferencialmente um tamanho de partícula de 3 a 300 μm, em particular de 4 a 100 μm, determinados respectivamente por meio de difratometria a laser.

12. Uso de partículas de diamante impregnadas, caracterizado pelo fato de que o uso é em uma matriz de carboneto de silício em métodos de fabricação aditiva.

13. Uso, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que as partículas de diamante possuem um tamanho de partícula de 3 a 300 µm, preferencialmente de 4 a 100 µm e/ou de 40 a 160 nm, preferencialmente de 50 a 150 nm, determinados respectivamente por meio de difractometria a laser.

14. Uso, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que o processo de fabricação aditiva é selecionado a partir do grupo consistindo em estereolitografia (SL), jateamento de material/impressão direta com tinta (DIP), escrita direta com tinta (DIW), robocasting (FDM), jateamento de aglutinante (3DP), sinterização seletiva a laser e uma combinação desses processos.

15. Invenção de produto, processo, sistema, kit, ou uso, caracterizada pelo fato de que compreende um ou mais elementos descritos no presente pedido de patente.