CN106083059A - 基于激光3d打印技术的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法 - Google Patents

基于激光3d打印技术的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106083059A
CN106083059A CN201610428335.2A CN201610428335A CN106083059A CN 106083059 A CN106083059 A CN 106083059A CN 201610428335 A CN201610428335 A CN 201610428335A CN 106083059 A CN106083059 A CN 106083059A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon carbide
laser
ceramic part
labyrinth
carbide ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610428335.2A
Other languages
English (en)
Inventor
刘凯
谭沅良
孙华君
余际星
黄尚宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN201610428335.2A priority Critical patent/CN106083059A/zh
Publication of CN106083059A publication Critical patent/CN106083059A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/573—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by reaction sintering or recrystallisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605—Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62625—Wet mixtures
    • C04B35/6264—Mixing media, e.g. organic solvents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3418—Silicon oxide, silicic acids, or oxide forming salts thereof, e.g. silica sol, fused silica, silica fume, cristobalite, quartz or flint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C04B2235/424—Carbon black
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C04B2235/425—Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/428—Silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Producing Shaped Articles From Materials (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于激光3D打印技术的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法，该方法包括以下步骤：第一步将碳化硅陶瓷粉末、粘结剂、硅源材料、碳源材料以及丙酮或甲醇或乙醇溶剂放入球磨罐中进行混料，干燥后得到复合陶瓷粉末；第二步，使用激光3D打印机烧结成型制得陶瓷初坯；第三步，将陶瓷初坯放入氩气中进行热解处理；第四步高温烧结，最终得到复杂结构碳化硅陶瓷零件。在激光3D打印阶段，部分粘结剂直接被热解同时碳源材料与硅源材料发生预反应烧结形成碳化硅，填充粘结剂热解后留下的孔隙，提高了坯体致密度，使坯体的强度得到保证，减少了产生裂纹的可能性。此外由于在原材料中加入了硅源与碳源，无需通过后续渗硅等操作即可获得致密度高的碳化硅陶瓷零件。

Description

基于激光3D打印技术的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法
技术领域
本发明属于陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种基于激光3D打印技术的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法。
背景技术
碳化硅陶瓷材料是一种具有耐高温、耐磨损、耐酸碱等优良性能的陶瓷材料，广泛应用于航空航天、电子制造、车辆舰船等领域。但是，由于碳化硅材料硬度高、脆性大的特点导致复杂结构的零件成形、加工非常困难，传统的工艺方法一般需通过复杂的模具完成零件成形。在如今的信息时代，产品的更新换代速度非常快，而复杂模具的开发制造需要投入较多的时间和成本，显然，这很容易与市场发生脱节。
激光3D打印技术是一种基于离散/堆积原理的材料成型方法，该技术使用CAD软件在计算机中画出三维实体，通过软件分层离散和数控成型***，利用激光束将金属粉末、陶瓷粉末、塑料等材料进行逐层堆积，制造出实体产品。利用激光3D打印技术来成型碳化硅陶瓷粉末具有下列优点：(1)无需模具，使生产过程更加集成化，缩短了制造周期，提高了生产效率；(2)可以成型复杂结构的产品；(3)成型体几何形状及尺寸可以根据实际需要通过计算机软件修改，无需等待模具设计制造，大大缩短新产品的开发时间。
目前，典型的激光3D打印技术包括激光选区烧结(Selective Laser Sintering，SLS)和激光选区熔化(Selective Laser Melting，SLM)等。碳化硅陶瓷材料的烧结温度高，若使用SLM直接烧结成型，由于急热急冷效应很容易导致产品出现裂纹。若使用SLS技术成型碳化硅陶瓷零件，需要先制备树脂粘接剂/碳化硅陶瓷复合粉末材料，然后放进SLS设备进行激光烧结成型得到陶瓷坯体，再对坯体进行热解处理来除去树脂粘结剂。在热解过程中坯体内会产生许多孔隙，为了得到致密的碳化硅产品，最后通常会对热解后的坯体进行渗硅反应烧结。此外，上述SLS工艺成型碳化硅陶瓷零件存在以下问题：(1)整个工艺流程时间长；(2)热解除去粘结剂过程中，产生的孔隙会导致坯体的密度、强度下降，脆性增大，严重的情况会使得坯体溃散；(3)在渗硅过程中渗硅量不易控制，容易产生硅富集，使得材料变脆、抗蠕变性能降低，并且坯体内渗硅通路易发生阻塞，导致坯体强度不均匀，容易产生裂纹等致命缺陷，降低成品率。
发明内容
本发明的目的在于解决现有碳化硅陶瓷零件制造过程中存在的诸多问题，提供一种基于激光3D打印技术的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法。该方法操作简单易于推广使用，无需后续渗硅步骤即可制得强度较高、结构复杂的碳化硅陶瓷零件。本发明的技术方案如下：
一种基于激光3D打印技术的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法，包括以下步骤：
(a)按所需比例称取碳化硅陶瓷粉末、粘结剂、硅源材料、碳源材料，将上述原料放入球磨罐中并加入足量有机溶剂，混料均匀后加热使溶剂挥发得复合碳化硅陶瓷粉末。
(b)将复合碳化硅陶瓷粉末置于激光3D打印机中并预热，按照设计的模型层层堆积成型陶瓷零件初坯。
(c)将陶瓷零件初坯置于保护气氛中进行热解处理。
(d)热解后的陶瓷零件按照一定的烧成制度进行烧结，得到复杂结构的碳化硅陶瓷零件。
上述方案中，粘结剂选自酚醛树脂、环氧树脂、硬脂酸、石蜡中的一种，硅源材料选自硅粉、石英粉中的一种，碳源材料选自碳黑、石墨粉、淀粉中的一种，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮中的一种。
上述方案中，碳化硅粉末占固体原料的质量百分比为60-85％，粘结剂占固体原料的质量百分比为10-30％，硅源材料占固体原料的质量百分比为1-20％，余量为碳源材料。
步骤(a)中混料时间为6-12h，混合均匀后先将混合料置于磁力搅拌器中加热蒸发出部分溶剂，待残留少量液体溶剂时将混合料取出置于空气中加热，当溶剂完全挥发后将混合料放入真空干燥箱中干燥24小时，待其冷却至室温后经研磨、过筛得复合碳化硅陶瓷粉末。
步骤(b)中复合碳化硅陶瓷粉末在激光3D打印机中预热至50-90℃，激光3D打印机采用的激光器为二氧化碳激光器，激光功率范围为0-200W。
步骤(c)中陶瓷零件初坯在氩气气氛中按照以下方式进行热解：从室温以3-5℃/min的升温速率升温到110℃并保持30-60min，然后以5℃/min的升温速率升温到830℃并保温2-3h，最后以1-2℃/min的降温速率冷却至室温。
步骤(d)中热解后的陶瓷零件真空烧结过程为：从室温以5℃/min的升温速率升温至2200℃并保温2-3h，接着以1-2℃/min的降温速率冷却至室温。
相比于传统碳化硅陶瓷复杂结构零件成型方法，本发明方法具有以下有益效果：(1)使用溶剂沉淀法进行混料，干燥后粘结剂将包覆在碳化硅陶瓷粉末、硅源材料、碳源材料上，包覆效果好，可以减少粘结剂的加入量从而减少烧结过程中的收缩体积和孔隙的数量，提高了坯体的强度；(2)在激光3D打印阶段，由于使用高功率激光器，部分粘结剂直接被热解，而碳源材料与硅源材料会发生预反应烧结形成碳化硅填充粘结剂热解后留下的孔隙，提高了坯体致密度，使坯体的强度得到保证，减少了产生裂纹的可能性；(3)工艺流程简单，在原材料中加入了硅源与碳源，无需再通过后续渗硅等操作即可获得致密度高的碳化硅陶瓷零件，缩短了制造复杂结构碳化硅陶瓷零件的周期，降低了成本；(4)操作简单，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明方法工艺流程图；
图2为本发明方法中复合陶瓷粉末成型及致密化示意图。
具体实施方式
为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例和附图进行进一步充分说明。
本发明提供的基于激光3D打印技术制造复杂结构碳化硅陶瓷零件的工艺流程如图1所示，首先采用溶剂沉淀法将碳化硅陶瓷粉末、粘结剂、硅源材料、碳源材料制作成复合陶瓷粉末备用。再利用三维造型软件(如Catia、UG、Pro/E)设计复杂结构陶瓷零件并进行建模，将造型完成的三维模型输出为STL格式文件，将该STL文件发送到激光3D打印中，使用切片分层软件对STL进行分层处理，再将数据导入到制造程序中进行打印。激光3D打印机采用的激光器为二氧化碳激光器，其激光功率范围为0-200W，设定其参数如下：分层厚度0.05-0.2mm，填充速度1800-2500mm/s，激光扫描间距0.08-0.3mm，激光扫描功率0-200W，激光轮廓功率5-50W。打印出来的陶瓷初坯经热解处理后烧结可得到最终产品一复杂结构碳化硅陶瓷零件。
打印过程中，复合陶瓷粉末成型及致密化原理如图2所示。通过溶剂沉淀法制得的复合粉末中，粘结剂已包覆到碳化硅、碳源材料、硅源材料上，经过激光3D打印成形，粘结剂熔化且粘结在一起，并且部分碳源材料与硅源材料发生预反应烧结，结合形成SiC相。热解后，粘结剂有机物裂解，剩下的产物为碳碳连接的碳骨架。最后，材料进行高温烧结，碳源材料与硅源材料进一步反应生成SiC，与此同时，坯体内物质通过不同的扩散途径向颗粒间的空隙填充，随后，细小的颗粒逐渐形成晶界，并不断扩大晶界面积，使坯体逐渐致密。
实施例1
按以下配比称取各相应原料备用：碳化硅陶瓷粉末150克，酚醛树脂50克，石英粉10克，石墨粉10克。
将碳化硅陶瓷粉末、酚醛树脂、石英粉、石墨粉放入球磨罐中，倒入足量丙酮溶剂，然后在球磨机上混料8小时。为了使溶剂能够更快地挥发掉，先将混合后的混合液置于磁力搅拌器中加热使溶剂挥发，待还剩少量液体溶剂时，将其取出置于空气中加热继续挥发溶剂，当溶剂完全挥发后将混合料放入真空干燥箱中干燥24小时，待冷却至室温后将其研磨过筛，得到复合碳化硅陶瓷粉末材料。
将上述复合碳化硅陶瓷粉末放入激光3D打印机中并将其预热到90℃。设置好激光3D打印机的参数后，在程序控制下打印出陶瓷零件初坯。
将陶瓷零件初坯放入氩气保护气氛中进行热解处理，热解处理过程如下：首先从室温以3-5℃/min的升温速率升温到110℃并保持30-60min，然后以5℃/min的升温速率升温到830℃并保温2-3h，最后以1-2℃/min的降温速率冷却至室温
最后将热解后的陶瓷零件在真空烧结炉中烧结，烧结过程为：从室温以5℃/min的升温速率升温至2200℃并保温2-3h，接着以1-2℃/min的降温速率冷却至室温。烧结完成以后得到具有较高强度和韧性的复杂结构碳化硅陶瓷零件。
实施例2
按以下配比称取各相应原料备用：碳化硅陶瓷粉末120克，酚醛树脂60克，硅粉10克，淀粉10克。
将碳化硅陶瓷粉末、酚醛树脂、硅粉、淀粉放入球磨罐中，倒入足量丙酮溶剂，然后在球磨机上混料8小时。将混合后的混合液置于磁力搅拌器中加热使溶剂挥发，待还剩少量液体溶剂时将其取出置于空气中加热继续挥发溶剂，当溶剂完全挥发后将混合料放入真空干燥箱中干燥24小时，待冷却至室温后将其研磨过筛，得到复合碳化硅陶瓷粉末材料。
将上述复合碳化硅陶瓷粉末放入激光3D打印机中并将其预热到90℃。设置好激光3D打印机的参数后，在程序控制下打印出陶瓷零件初坯。
将陶瓷零件初坯放入氩气保护气氛中按照实施例1的方式进行热解处理。
最后将热解后的陶瓷零件在真空烧结炉中按照实施例1的烧成制度进行烧结，得到具有较高强度和韧性的复杂结构碳化硅陶瓷零件。
实施例3
按以下配比称取各相应原料备用：碳化硅陶瓷粉末120克，环氧树脂60克，硅粉10克，炭黑粉10克。
将碳化硅陶瓷粉末、环氧树脂、硅粉、炭黑粉放入球磨罐中，倒入足量乙醇溶剂，然后在球磨机上混料9小时。将混合后的混合液置于磁力搅拌器中加热使溶剂挥发，待还剩少量液体溶剂时将其取出置于空气中加热继续挥发溶剂，当溶剂完全挥发后将混合料放入真空干燥箱中干燥24小时，待冷却至室温后将其研磨过筛，得到复合碳化硅陶瓷粉末材料。
将上述复合碳化硅陶瓷粉末放入激光3D打印机中并将其预热到55℃。设置好激光3D打印机的参数后，在程序控制下打印出陶瓷零件初坯。
将陶瓷零件初坯放入氩气保护气氛中按照实施例1的方式进行热解处理。
最后将热解后的陶瓷零件在真空烧结炉中按照实施例1的烧成制度进行烧结，得到具有较高强度和韧性的复杂结构碳化硅陶瓷零件。
实施例4-6的原料共计100g，各原料的重量百分数参见下表。除了下述参数、条件有所改变外，其他工艺及参数与实施例1相同，详情见下表。
表1实施例4-6对比表
本发明基于激光3D打印技术制备复杂结构陶瓷零件的工艺方法，获得了具有一定强度和韧性的复杂结构碳化硅陶瓷零件。该发明在粉末当中添加了硅源、碳源材料，在激光3D打印时，部分硅源碳源材料发生预烧结反应，克服了传统激光3D打印技术成型碳化硅陶瓷存在的工艺流程长、热解后坯体强度低、渗硅过程易发生不良反应对工作人员造成危险等缺陷。本发明的工艺流程简单，可以降低成本，在制作复杂碳化硅陶瓷零件上具有很大优势。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于激光3D打印技术的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法，其特征在于包括以下步骤：
(a)按所需比例称取碳化硅陶瓷粉末、粘结剂、硅源材料、碳源材料，将上述原料放入球磨罐中并加入足量有机溶剂，混料均匀后加热使溶剂挥发得复合碳化硅陶瓷粉末；
(b)将复合碳化硅陶瓷粉末置于激光3D打印机中并预热，按照设计的模型层层堆积成型陶瓷零件初坯；
(c)将陶瓷零件初坯置于保护气氛中进行热解处理；
(d)热解后的陶瓷零件按照一定的烧成制度进行烧结，得到复杂结构的碳化硅陶瓷零件。
2.如权利要求1所述的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法，其特征在于：所述粘结剂选自酚醛树脂、环氧树脂、硬脂酸、石蜡中的一种，所述硅源材料选自硅粉、石英粉中的一种，所述碳源材料选自碳黑、石墨粉、淀粉中的一种，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮中的一种。
3.如权利要求1所述的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法，其特征在于：碳化硅粉末占固体原料的质量百分比为60-85％，粘结剂占固体原料的质量百分比为10-30％，硅源材料占固体原料的质量百分比为1-20％，余量为碳源材料。
4.如权利要求1所述的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法，其特征在于：步骤(a)中混料时间为6-12h，混合均匀后先将混合料置于磁力搅拌器中加热蒸发出部分溶剂，待残留少量液体溶剂时将混合料取出置于空气中加热，当溶剂完全挥发后将混合料放入真空干燥箱中干燥24小时，待其冷却至室温后经研磨、过筛得复合碳化硅陶瓷粉末。
5.如权利要求1所述的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法，其特征在于：步骤(b)中复合碳化硅陶瓷粉末在激光3D打印机中预热至50-90℃，激光3D打印机采用的激光器为二氧化碳激光器，激光功率范围为0-200W。
6.如权利要求1所述的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法，其特征在于：步骤(c)中陶瓷零件初坯在氩气气氛中按照以下方式进行热解：从室温以3-5℃/min的升温速率升温到110℃并保持30-60min，然后以5℃/min的升温速率升温到830℃并保温2-3h，最后以1-2℃/min的降温速率冷却至室温。
7.如权利要求1所述的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法，其特征在于：步骤(d)中热解后的陶瓷零件真空烧结过程为：从室温以5℃/min的升温速率升温至2200℃并保温2-3h，接着以1-2℃/min的降温速率冷却至室温。
CN201610428335.2A 2016-06-15 2016-06-15 基于激光3d打印技术的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法 Pending CN106083059A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610428335.2A CN106083059A (zh) 2016-06-15 2016-06-15 基于激光3d打印技术的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610428335.2A CN106083059A (zh) 2016-06-15 2016-06-15 基于激光3d打印技术的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106083059A true CN106083059A (zh) 2016-11-09

Family

ID=57235628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610428335.2A Pending CN106083059A (zh) 2016-06-15 2016-06-15 基于激光3d打印技术的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106083059A (zh)

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106673662A (zh) * 2016-12-26 2017-05-17 上海工程技术大学 一种碳化硅陶瓷零件及其制备方法
CN107141004A (zh) * 2017-06-13 2017-09-08 华中科技大学 一种碳化硼复合材料及其制备方法
CN107216155A (zh) * 2017-05-31 2017-09-29 武汉理工大学 一种用于激光3d打印/冷等静压复合成型的pf/pva双覆膜陶瓷粉末及其制备方法
CN107606982A (zh) * 2017-08-02 2018-01-19 三峡大学 一种石墨散热器及其整体成型方法
JP2018135224A (ja) * 2017-02-20 2018-08-30 一般財団法人ファインセラミックスセンター 炭化珪素焼結体の製造方法
JP2018135223A (ja) * 2017-02-20 2018-08-30 一般財団法人ファインセラミックスセンター セラミック複合材料の製造方法及びセラミック部材の製造方法
CN109307613A (zh) * 2018-10-18 2019-02-05 中国石油天然气股份有限公司 一种制备人造岩心的方法及装置
CN110698202A (zh) * 2019-11-08 2020-01-17 北京科技大学广州新材料研究院 金刚石-碳化硅复合材料及其制备方法和应用
CN110740982A (zh) * 2017-05-12 2020-01-31 Psc科技股份有限公司 用于生产含碳化硅结构的方法、组合物和设备
US20200123062A1 (en) * 2017-05-12 2020-04-23 Psc Technologies Gmbh Method and composition for producing silicon-carbide containing three-dimensional objects
CN111635241A (zh) * 2020-06-15 2020-09-08 西安交通大学 一种碳化硅陶瓷基复合材料结构/功能件的增材制造方法
CN111747749A (zh) * 2020-07-06 2020-10-09 南京理工大学 一种原位激光选区成形结合反应烧结制备Ti2AlC复杂件的方法
KR20210070646A (ko) * 2019-12-05 2021-06-15 한국세라믹기술원 프리트(Frit)를 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법, 그리고 3차원 프린팅 방법.
WO2021132291A1 (ja) * 2019-12-24 2021-07-01 キヤノン株式会社 炭化珪素を主成分とする物品の製造方法とそれに用いられる原料粉末
CN113277853A (zh) * 2021-05-25 2021-08-20 武汉理工大学 一种碳化硅复合材料大尺寸超轻型光学反射镜的激光增材制造方法
CN113307629A (zh) * 2021-07-05 2021-08-27 厦门大学 一种碳化硅泡沫陶瓷及其制备方法
CN113754452A (zh) * 2020-06-02 2021-12-07 中国科学院化学研究所 一种3d打印低收缩无机纤维原位复合陶瓷制件及其制备方法与应用
CN114248342A (zh) * 2022-02-07 2022-03-29 东莞市志橙半导体材料有限公司 一种异形半导体管芯非导电保护管的制备方法
CN114394836A (zh) * 2022-02-28 2022-04-26 南京航空航天大学 一种基于相转化微球的sls制备纳米晶碳化硅陶瓷的方法
CN114616080A (zh) * 2019-08-23 2022-06-10 希尔福克斯有限公司 利用在高温下选择性激光熔融/烧结的完全致密且无裂纹硅的3d打印
CN115215661A (zh) * 2021-04-15 2022-10-21 南京航空航天大学 一种光固化3d打印碳化硅陶瓷部件及其近净成形制备方法
WO2023277052A1 (ja) * 2021-06-30 2023-01-05 キヤノン株式会社 炭化珪素を主成分とする物品とその製造方法
CN115724663A (zh) * 2022-11-04 2023-03-03 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种全3d打印碳化硅陶瓷光学部件及其制备方法
WO2023120316A1 (ja) * 2021-12-22 2023-06-29 キヤノン株式会社 グラファイトの造形方法、および、グラファイト造形物
CN116675538A (zh) * 2023-05-30 2023-09-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种联用选区激光3D打印/前驱体浸渍热解/液相烧结制备SiC陶瓷的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5698143A (en) * 1994-11-15 1997-12-16 Japan As Represented By Director General Of Agency Of Industrial Science And Technology Method for the preparation of silicon carbide-based composite ceramic body with fiber reinforcement
CN105269654A (zh) * 2015-10-15 2016-01-27 宁波伏尔肯机械密封件制造有限公司 碳化硅反射镜的3d打印制备方法
CN105367129A (zh) * 2014-08-19 2016-03-02 申克碳化技术股份有限公司 生产模制体的方法及模制体

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5698143A (en) * 1994-11-15 1997-12-16 Japan As Represented By Director General Of Agency Of Industrial Science And Technology Method for the preparation of silicon carbide-based composite ceramic body with fiber reinforcement
CN105367129A (zh) * 2014-08-19 2016-03-02 申克碳化技术股份有限公司 生产模制体的方法及模制体
CN105269654A (zh) * 2015-10-15 2016-01-27 宁波伏尔肯机械密封件制造有限公司 碳化硅反射镜的3d打印制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106673662A (zh) * 2016-12-26 2017-05-17 上海工程技术大学 一种碳化硅陶瓷零件及其制备方法
JP2018135224A (ja) * 2017-02-20 2018-08-30 一般財団法人ファインセラミックスセンター 炭化珪素焼結体の製造方法
JP2018135223A (ja) * 2017-02-20 2018-08-30 一般財団法人ファインセラミックスセンター セラミック複合材料の製造方法及びセラミック部材の製造方法
CN110740982A (zh) * 2017-05-12 2020-01-31 Psc科技股份有限公司 用于生产含碳化硅结构的方法、组合物和设备
US20200123062A1 (en) * 2017-05-12 2020-04-23 Psc Technologies Gmbh Method and composition for producing silicon-carbide containing three-dimensional objects
CN107216155A (zh) * 2017-05-31 2017-09-29 武汉理工大学 一种用于激光3d打印/冷等静压复合成型的pf/pva双覆膜陶瓷粉末及其制备方法
CN107141004A (zh) * 2017-06-13 2017-09-08 华中科技大学 一种碳化硼复合材料及其制备方法
CN107606982A (zh) * 2017-08-02 2018-01-19 三峡大学 一种石墨散热器及其整体成型方法
CN109307613B (zh) * 2018-10-18 2021-07-02 中国石油天然气股份有限公司 一种制备人造岩心的方法及装置
CN109307613A (zh) * 2018-10-18 2019-02-05 中国石油天然气股份有限公司 一种制备人造岩心的方法及装置
CN114616080B (zh) * 2019-08-23 2023-11-07 希尔福克斯有限公司 利用在高温下选择性激光熔融/烧结的完全致密且无裂纹硅的3d打印
CN114616080A (zh) * 2019-08-23 2022-06-10 希尔福克斯有限公司 利用在高温下选择性激光熔融/烧结的完全致密且无裂纹硅的3d打印
CN110698202A (zh) * 2019-11-08 2020-01-17 北京科技大学广州新材料研究院 金刚石-碳化硅复合材料及其制备方法和应用
CN110698202B (zh) * 2019-11-08 2022-04-05 北京科技大学广州新材料研究院 金刚石-碳化硅复合材料及其制备方法和应用
KR20210070646A (ko) * 2019-12-05 2021-06-15 한국세라믹기술원 프리트(Frit)를 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법, 그리고 3차원 프린팅 방법.
KR102277231B1 (ko) 2019-12-05 2021-07-14 한국세라믹기술원 프리트(Frit)를 포함하는 3차원 프린팅 잉크 조성물 및 그 제조방법, 그리고 3차원 프린팅 방법.
WO2021132291A1 (ja) * 2019-12-24 2021-07-01 キヤノン株式会社 炭化珪素を主成分とする物品の製造方法とそれに用いられる原料粉末
CN113754452A (zh) * 2020-06-02 2021-12-07 中国科学院化学研究所 一种3d打印低收缩无机纤维原位复合陶瓷制件及其制备方法与应用
CN111635241B (zh) * 2020-06-15 2021-07-13 西安交通大学 一种碳化硅陶瓷基复合材料结构/功能件的增材制造方法
CN111635241A (zh) * 2020-06-15 2020-09-08 西安交通大学 一种碳化硅陶瓷基复合材料结构/功能件的增材制造方法
CN111747749A (zh) * 2020-07-06 2020-10-09 南京理工大学 一种原位激光选区成形结合反应烧结制备Ti2AlC复杂件的方法
CN115215661A (zh) * 2021-04-15 2022-10-21 南京航空航天大学 一种光固化3d打印碳化硅陶瓷部件及其近净成形制备方法
CN113277853A (zh) * 2021-05-25 2021-08-20 武汉理工大学 一种碳化硅复合材料大尺寸超轻型光学反射镜的激光增材制造方法
WO2023277052A1 (ja) * 2021-06-30 2023-01-05 キヤノン株式会社 炭化珪素を主成分とする物品とその製造方法
CN113307629A (zh) * 2021-07-05 2021-08-27 厦门大学 一种碳化硅泡沫陶瓷及其制备方法
WO2023120316A1 (ja) * 2021-12-22 2023-06-29 キヤノン株式会社 グラファイトの造形方法、および、グラファイト造形物
CN114248342A (zh) * 2022-02-07 2022-03-29 东莞市志橙半导体材料有限公司 一种异形半导体管芯非导电保护管的制备方法
CN114394836A (zh) * 2022-02-28 2022-04-26 南京航空航天大学 一种基于相转化微球的sls制备纳米晶碳化硅陶瓷的方法
CN115724663A (zh) * 2022-11-04 2023-03-03 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种全3d打印碳化硅陶瓷光学部件及其制备方法
CN116675538A (zh) * 2023-05-30 2023-09-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种联用选区激光3D打印/前驱体浸渍热解/液相烧结制备SiC陶瓷的方法
CN116675538B (zh) * 2023-05-30 2023-12-22 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种联用选区激光3D打印/前驱体浸渍热解/液相烧结制备SiC陶瓷的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106083059A (zh) 基于激光3d打印技术的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法
CN105198449B (zh) 一种光固化成型的高致密陶瓷的制备方法
Liu et al. Research on selective laser sintering of Kaolin–epoxy resin ceramic powders combined with cold isostatic pressing and sintering
CN112047727B (zh) 一种3d打印氧化铝陶瓷材料的制备方法
CN111085689B (zh) 一种FeCoCrNi系高熵合金选区激光熔化原位增材制造方法及产品
CN108480615B (zh) 一种高熵合金粉末及其制备方法和在3d打印中的应用
CN103553632B (zh) 一种致密化氮化硅陶瓷材料的制备方法
CN105669208A (zh) 用于激光3d打印的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末及其制备方法
CN104711442A (zh) 一种3d打印制造硬质合金的方法
CN105130402A (zh) 一种用于3d打印的纳米陶瓷材料及其3d打印成型方法
CN106495670A (zh) 用于光固化陶瓷3d打印的胶粘剂、其制备方法和应用
CN109796208A (zh) 一种Si3N4陶瓷结构件及其制备方法
CN104043770B (zh) 一种烧结陶瓷型芯用填料粉
CN109896862A (zh) 一种复杂形状的β-SiAlON陶瓷及其制备方法
CN113458387A (zh) 一种3d打印梯度陶瓷金属材料以及制备方法
CN106825577B (zh) 一种热等静压玻璃包套的制备方法
CN108101574A (zh) 一种3d打印制备陶瓷多孔件的方法及陶瓷多孔件
CN105272260A (zh) 一种无粘结相碳化钨复合材料及其制备方法
CN110343917A (zh) 间断制备液态高硅铝合金或者高硅铝合金半固态浆料的工艺及其设备
CN108002842A (zh) 一种复杂形状多孔氮化硅件的制备方法
CN111333423A (zh) 面曝光光固化3d打印的含金刚石的碳化硅陶瓷零件的方法
Yin et al. Influence of debinding parameter and nano-ZrO2 particles on the silica-based ceramic cores fabricated by stereolithography-based additive manufacturing
Li et al. In-situ Y3Al5O12 enhances comprehensive properties of alumina-based ceramic cores by vat photopolymerization 3D printing
Zhai et al. Fabrication of Al2O3 ceramic cores with high porosity and high strength by vat photopolymerization 3D printing and sacrificial templating
CN103588470B (zh) 一种多晶硅硅锭用石英陶瓷坩埚的制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Yu Jixing

Inventor after: Tan Yuanliang

Inventor after: Liu Kai

Inventor after: Sun Huajun

Inventor after: Huang Shangyu

Inventor before: Liu Kai

Inventor before: Tan Yuanliang

Inventor before: Sun Huajun

Inventor before: Yu Jixing

Inventor before: Huang Shangyu

RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20161109