CN114920565B - 一种粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于碳化硅陶瓷复合材料技术领域，具体涉及一种粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，包括如下步骤：复合粉体制备：将含碳粉体、分散剂、高残碳粘结剂和溶剂混合、球磨得到浆料，浆料烘干或喷雾造粒，得到流动性良好的复合粉体，所述含碳粉体为碳粉、短切碳纤维粉体、碳化硅粉体中的一种或几种；粘结剂喷射打印：选择喷射粘结剂，设置打印参数，根据碳化硅陶瓷复合材料的设计结构进行粘结剂喷射打印，得到陶瓷素坯；脱脂：将陶瓷素坯进行高温脱脂，得到样品；渗硅烧结：对样品进行渗硅处理，得到高致密的碳化硅陶瓷复合材料。本申请有利于碳化硅在陶瓷体系内的均匀分布，从而获得性能更优的粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料。

Description

一种粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法
技术领域
本申请属于碳化硅陶瓷复合材料技术领域，具体涉及一种粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法。
背景技术
碳化硅陶瓷及其复合材料在航空、航天、核工业等各个行业均有广泛应用，如：热交换器、微通道反应器、半导体硬件(吸盘/导轨/平台)、高功率器件、光学应用部件等等。常规碳化硅陶瓷及其复合材料具有较高的硬度，需要经过金刚石加工，加工成型困难较大。同时其较差的导电性也难以满足电火花加工的要求，难以实现碳化硅陶瓷复合材料快速精密的加工是制约碳化硅陶瓷复合材料应用的主要瓶颈之一。
基于以上缺点，结合3D打印技术的碳化硅陶瓷及其复合材料制备技术成为目前研究和应用的主要发展方向，3D打印技术是一种与传统材料加工方法截然相反的增材制造技术，以三维数字模型设计为基础，经过软件分层离散和数控成型***，将陶瓷粉末、树脂、金属粉末等材料进行分层加工、堆积粘结，最后叠加成型，制造出三维实体。3D打印技术相对于传统制造方法来说更加节省原材料，进行复杂结构的快速制造，缩短研发周期，更加适合个性化产品的生产，目前已经广泛应用于生物医学、组织工程、汽车部件、航空航天、微纳器件等领域。
目前3D打印碳化硅陶瓷及其复合材料的方法有多种，主要有熔融沉积制造技术(Fused deposition modeling-FDM)、光固化成型技术(Stereo lithography–SL)、分层实体制造技术(Laminated Object Manufacturing-LOM)、激光选区烧结技术(Selectivelaser sintering–SLS)、激光选区融化技术(selective laser melting–SLM)、直写自由成型(Direct Ink Writing，DIW)，这些方法中，FDM技术打印速度慢效率低，成型精度较低；光固化技术由于碳化硅粉体对光的吸收能力强，必须对碳化硅粉体进行改性，对有机粘结剂要求高，成本高昂，目前仅仅打印小尺寸的样品；LOM技术只可以对面材料叠层成型，目前应用范围小；激光选区烧结技术对设备要求高，成型后材料固含量低；陶瓷浆料直接打印DIW等方法，由于大量溶剂(水)的存在，在干燥过程中陶瓷坯体容易开裂，不容易制备大尺寸的碳化硅陶瓷及其复合材料。粘合剂喷射打印技术(BJP)是一种通用的增材制造(AM)技术，粘结剂喷射技术的打印过程是通过喷嘴喷射液体粘结剂将粉末选择性地粘合在薄层中，一层一层的重复粘合的过程，其可以用各种粉末材料(金属、陶瓷和聚合物)制造高精度复杂形状产品，非常适合大尺寸高精度复杂形状碳化硅陶瓷及其复合材料的3D打印成型。
但是，3D打印所用陶瓷粉体的分散性对所制备碳化硅陶瓷复合材料的影响很大，如果粉体分散性差，则打印形成的陶瓷素坯中会出现较多的团聚，导致打印形成的孔隙大小不一、分布不均匀，也会影响后续的渗硅烧结，可能会导致很多地方无法形成硅渗入，从而导致无法反应生成碳化硅，出现很多“夹生”现象，严重影响碳化硅陶瓷复合材料的性能。
发明内容
为了解决上述问题，本申请公开了一种粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法。
本申请提供一种粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，采用如下的技术方案：
一种粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，包括如下步骤：
复合粉体制备：将含碳粉体、分散剂、高残碳粘结剂和溶剂混合、球磨得到浆料，浆料烘干或者进行喷雾造粒，得到流动性良好的复合粉体，所述含碳粉体为碳粉、短切碳纤维粉体、碳化硅粉体中的一种或几种；
粘结剂喷射打印：选择喷射粘结剂，设置打印参数，根据碳化硅陶瓷复合材料的设计结构进行粘结剂喷射打印，得到陶瓷素坯；
脱脂：将陶瓷素坯进行高温脱脂，得到样品；
渗硅烧结：对样品进行渗硅处理，得到高致密的碳化硅陶瓷复合材料。
本申请首先进行复合粉体的制备，将含碳粉体与分散剂、高残碳粘结剂和溶剂球磨成浆料，再造粒获得流动性良好的复合粉体，复合粉体的制备有利于后续3D打印过程中获得气孔分布均匀的陶瓷素坯，有利于后续渗硅反应的充分进行，即使不是获得完全致密的碳化硅陶瓷复合材料，也有利于碳化硅在陶瓷体系内的均匀分布，从而在不同密度下均能获得性能更优的粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料。
作为优选，所述脱脂与渗硅烧结之间还包括至少一次渗碳处理。
渗硅烧结之前先进行渗碳处理，有利于进一步提高素坯中的碳密度，从而获得密度更高的碳化硅陶瓷复合材料。
作为优选，所述渗碳处理为高残碳溶液浸渍处理和/或化学气相渗透处理；
所述高残碳溶液浸渍处理具体为：根据材料性能需求，对脱脂获得的样品进行高残碳溶液浸渍，然后再进行高温脱脂，得到渗碳处理后的样品。
渗碳处理可以选用至少一次的高残碳溶液浸渍处理或者至少一次的化学气相渗透处理，另外也可以选择高残碳溶液浸渍处理和化学气相渗透处理联用的方式，高残碳溶液浸渍之后由于有机物的存在，需要进行高温脱脂处理，但化学气相渗透是将一种或几种烃类气体化合物经高温分解、缩聚之后炭沉积在孔隙内部，所以无需再进行脱脂。
作为优选，所述高残碳溶液是采用呋喃树脂、酚醛树脂、蔗糖、沥青树脂中的一种与相应的溶剂配制而成；所述化学气相渗透采用的渗碳介质为烃类气体。
在高残碳溶液浸渍处理方法中，优选以酚醛树脂的乙醇溶液(酚醛树脂与乙醇的质量比为1：1)或者蔗糖的水溶液(蔗糖与水的质量比为3：2)作为高残碳溶液，两者均具有较高的碳含量，有助于获得更好的渗碳效果，但沥青树脂由于粘度较大，通常需要以汽油作为溶剂，应用较少。在化学气相渗透方法中，可以选择甲烷、乙烯、丙烯等作为渗碳介质。
作为优选，所述复合粉体制备步骤中所用的含碳粉体中，碳粉或短切碳纤维粉体含量为0-100wt％，碳化硅粉体含量为100-0wt％。
采用本申请的技术方案制备碳化硅陶瓷复合材料，可以全部采用碳粉制备复合粉体，也可以全部采用碳化硅粉体制备复合粉体。
作为优选，所述分散剂的用量为含碳粉体的0.1-0.5wt％；所述分散剂为硬脂酸、正丁醇、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种。
在制备复合粉体的过程中添加分散剂可以提高粉体的均匀性，使含碳粉体更加均匀地分散在体系内，从而有利于使陶瓷素坯中形成分布均匀的孔隙结构，利于后续的渗碳，以及最后的渗硅反应，从而形成性能更优的碳化硅陶瓷复合材料。
作为优选，所述高残碳粘结剂的用量为含碳粉体的5-10wt％；所述高残碳粘结剂为酚醛树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂等中的一种或几种；所述浆料的固含量为40-50wt％，优选40-45wt％；所述溶剂为水或乙醇。
以上高残碳粘结剂在提供粉体间粘结作用的同时，由于残碳量高，有助于提高素坯中的碳密度。
作为优选，所述复合粉体制备步骤中所获得的复合粉体的粒径为10-150μm。
作为优选，所述粘结剂喷射打印步骤所用的喷射粘结剂为呋喃树脂、酚醛树脂、沥青树脂中的一种或几种；所述粘结剂喷射打印步骤中的打印层厚为0.1-0.5mm。
作为优选，所述脱脂步骤中的脱脂温度低于1200℃；所述脱脂步骤得到的样品的气孔率为60-80％，孔径分布为0.01-20μm，样品的密度为0.38-1.25g/cm3。
如果初始制备的复合粉体中的含碳粉体全部为碳粉，则样品密度需要控制在0.96g/cm3以下(即控制样品中的碳密度在0.96g/cm3以下)，如果密度过高则可能会导致渗硅烧结后发生开裂。
通过复合粉体制备和3D打印的控制使气孔率在60-80％之间，从而可通过后续的渗碳和/或渗硅获得具有不同密度、不同性能的碳化硅陶瓷复合材料，以应用于具有不同需求的领域。
作为优选，所述渗硅烧结步骤中渗硅处理的温度为1450-1800℃。
采用反应烧结的方式进行渗硅烧结，在高温真空条件下，硅熔融成液相浸入样品的孔隙中，与碳发生反应生成碳化硅，提高陶瓷材料的密度、强度等。
本申请具有如下的有益效果：
(1)本申请首先进行复合粉体的制备，将含碳粉体与分散剂、高残碳粘结剂和溶剂球磨成浆料，再造粒获得流动性良好的复合粉体，复合粉体的制备有利于后续3D打印过程中获得气孔分布均匀的陶瓷素坯，有利于后续渗硅反应的充分进行，即使不是获得完全致密的碳化硅陶瓷复合材料，也有利于碳化硅在陶瓷体系内的均匀分布，从而在不同密度下均能获得性能更优的粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料。
(2)本申请还可以在脱脂与渗硅烧结之间进行至少一次的渗碳处理，渗硅烧结之前先进行渗碳处理，有利于进一步提高素坯中的碳密度，从而获得密度更高的碳化硅陶瓷复合材料。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。
图1是本申请制造碳化硅陶瓷复合材料的流程图。
具体实施方式
现在结合实施例对本申请作进一步详细的说明。
实施例1
粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，包括如下步骤：
复合粉体制备：将含碳粉体、分散剂、高残碳粘结剂和溶剂混合、球磨得到浆料，浆料喷雾造粒，得到粒径为80μm左右的流动性良好的复合粉体，其中，含碳粉体全部为碳粉，分散剂为十二烷基苯磺酸钠，分散剂的添加量为含碳粉体的0.2wt％，高残碳粘结剂为酚醛树脂，高残碳粘结剂的添加量为含碳粉体的10wt％，浆料的固含量为45wt％。
粘结剂喷射打印：选择呋喃树脂为喷射粘结剂，设置打印参数，根据碳化硅陶瓷复合材料的设计结构进行粘结剂喷射打印，得到陶瓷素坯，其中打印层厚为0.2mm。
脱脂：将陶瓷素坯进行高温脱脂，脱脂温度1200℃，得到样品，样品的气孔率为80％，平均孔径为2μm，样品的密度为0.38g/cm3。
渗硅烧结：在1550℃对样品进行渗硅处理，得到高致密的碳化硅陶瓷复合材料。
实施例2
粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，包括如下步骤：
复合粉体制备：将含碳粉体、分散剂、高残碳粘结剂和溶剂混合、球磨得到浆料，浆料喷雾造粒，得到粒径为80μm左右的流动性良好的复合粉体，其中，含碳粉体全部为碳粉，分散剂为十二烷基苯磺酸钠，分散剂的添加量为含碳粉体的0.2wt％，高残碳粘结剂为酚醛树脂，高残碳粘结剂的添加量为含碳粉体的10wt％，浆料的固含量为45wt％。
粘结剂喷射打印：选择呋喃树脂为喷射粘结剂，设置打印参数，根据碳化硅陶瓷复合材料的设计结构进行粘结剂喷射打印，得到陶瓷素坯，其中打印层厚为0.2mm。
脱脂：将陶瓷素坯进行高温脱脂，脱脂温度1200℃，得到样品，样品的气孔率为80％，平均孔径为2μm，样品的密度为0.38g/cm3。
渗碳处理：用高残碳溶液对脱脂获得的样品进行浸渍，高残碳溶液由酚醛树脂与乙醇按照质量比1:1配制而成，浸渍时间为24h，然后在1200℃进行脱脂处理得到气孔率为64％的样品，平均孔径为0.7μm，样品的密度为0.58g/cm3。
渗硅烧结：在1600℃对样品进行渗硅处理，得到高致密的碳化硅陶瓷复合材料。
实施例3
粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，包括如下步骤：
复合粉体制备：将含碳粉体、分散剂、高残碳粘结剂和溶剂混合、球磨得到浆料，浆料喷雾造粒，得到粒径为80μm左右的流动性良好的复合粉体，其中，含碳粉体全部为碳粉，分散剂为十二烷基苯磺酸钠，分散剂的添加量为含碳粉体的0.2wt％，高残碳粘结剂为酚醛树脂，高残碳粘结剂的添加量为含碳粉体的10wt％，浆料的固含量为45wt％。
粘结剂喷射打印：选择呋喃树脂为喷射粘结剂，设置打印参数，根据碳化硅陶瓷复合材料的设计结构进行粘结剂喷射打印，得到陶瓷素坯，其中打印层厚为0.2mm。
脱脂：将陶瓷素坯进行高温脱脂，脱脂温度1200℃，得到样品，样品的气孔率为80％，平均孔径为2μm，样品的密度为0.38g/cm3。
渗碳处理：用高残碳溶液对脱脂获得的样品进行浸渍，高残碳溶液由酚醛树脂与乙醇按照质量比1:1配制而成，浸渍时间为24h，然后在1200℃进行脱脂处理得到气孔率为64％的样品，平均孔径为0.70μm，样品的密度为0.58g/cm3。再次用高残碳溶液对脱脂获得的样品进行浸渍，高残碳溶液由酚醛树脂与乙醇按照质量比1:1配制而成，浸渍时间为24h，然后在1200℃进行脱脂处理得到气孔率为50％的样品，平均孔径为0.35μm，样品的密度为0.92g/cm3。
渗硅烧结：在1750℃对样品进行渗硅处理，得到高致密的碳化硅陶瓷复合材料。
实施例4
粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，包括如下步骤：
复合粉体制备：将含碳粉体、分散剂、高残碳粘结剂和溶剂混合、球磨得到浆料，浆料喷雾造粒，得到粒径为80μm左右的流动性良好的复合粉体，其中，含碳粉体为40wt％的碳粉和60wt％的碳化硅粉体，分散剂为硬脂酸，分散剂的添加量为含碳粉体的0.2wt％，高残碳粘结剂为酚醛树脂，高残碳粘结剂的添加量为含碳粉体的10wt％，浆料的固含量为45wt％。
粘结剂喷射打印：选择呋喃树脂为喷射粘结剂，设置打印参数，根据碳化硅陶瓷复合材料的设计结构进行粘结剂喷射打印，得到陶瓷素坯，其中打印层厚为0.5mm。
脱脂：将陶瓷素坯进行高温脱脂，脱脂温度1200℃，得到样品，样品的气孔率为60％，平均孔径为3μm，样品的密度为1.10g/cm3。
渗碳处理：用高残碳溶液对脱脂获得的样品进行浸渍，高残碳溶液由酚醛树脂与乙醇按照质量比1:1配制而成，浸渍时间为24h，然后在1200℃进行脱脂处理得到气孔率为50％的样品，平均孔径为0.82μm，样品的密度为1.38g/cm3。再次用高残碳溶液对脱脂获得的样品进行浸渍，高残碳溶液由酚醛树脂与乙醇按照质量比1:1配制而成，浸渍时间为24h，然后在1200℃进行脱脂处理得到气孔率为44％的样品，平均孔径为0.40μm，样品的密度为1.54g/cm3
渗硅烧结：在1600℃对样品进行渗硅处理，得到高致密的碳化硅陶瓷复合材料。
实施例5
粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，包括如下步骤：
复合粉体制备：将含碳粉体、分散剂、高残碳粘结剂和溶剂混合、球磨得到浆料，浆料喷雾造粒，得到粒径为80μm左右的流动性良好的复合粉体，其中，含碳粉体全部为碳粉，分散剂为质量比1:1的十二烷基苯磺酸钠和硬脂酸，分散剂的添加量为含碳粉体的0.2wt％，高残碳粘结剂为酚醛树脂，高残碳粘结剂的添加量为含碳粉体的10wt％，浆料的固含量为45wt％。
粘结剂喷射打印：选择呋喃树脂为喷射粘结剂，设置打印参数，根据碳化硅陶瓷复合材料的设计结构进行粘结剂喷射打印，得到陶瓷素坯，其中打印层厚为0.2mm。
脱脂：将陶瓷素坯进行高温脱脂，脱脂温度1200℃，得到样品，样品的气孔率为79％，平均孔径为2.2μm，样品的密度为0.40g/cm3。
渗碳处理：用高残碳溶液对脱脂获得的样品进行浸渍，高残碳溶液由酚醛树脂与乙醇按照质量比1:1配制而成，浸渍时间为24h，然后在1200℃进行脱脂处理得到气孔率为63％的样品，平均孔径为0.80μm，样品的密度为0.60g/cm3。再次用高残碳溶液对脱脂获得的样品进行浸渍，高残碳溶液由酚醛树脂与乙醇按照质量比1:1配制而成，浸渍时间为24h，然后在1200℃进行脱脂处理得到气孔率为49％的样品，平均孔径为0.40μm，样品的密度为0.93g/cm3。
渗硅烧结：在1750℃对样品进行渗硅处理，得到高致密的碳化硅陶瓷复合材料。
实施例6
粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，包括如下步骤：
复合粉体制备：将含碳粉体、分散剂、高残碳粘结剂和溶剂混合、球磨得到浆料，浆料喷雾造粒，得到粒径为80μm左右的流动性良好的复合粉体，其中，含碳粉体全部为碳粉，分散剂为质量比1:1的硬脂酸和聚乙烯吡咯烷酮，分散剂的添加量为含碳粉体的0.2wt％，高残碳粘结剂为酚醛树脂，高残碳粘结剂的添加量为含碳粉体的10wt％，浆料的固含量为45wt％。
粘结剂喷射打印：选择呋喃树脂为喷射粘结剂，设置打印参数，根据碳化硅陶瓷复合材料的设计结构进行粘结剂喷射打印，得到陶瓷素坯，其中打印层厚为0.2mm。
脱脂：将陶瓷素坯进行高温脱脂，脱脂温度1200℃，得到样品，样品的气孔率为78％，平均孔径为2.1μm，样品的密度为0.41g/cm3。
渗碳处理：用高残碳溶液对脱脂获得的样品进行浸渍，高残碳溶液由酚醛树脂与乙醇按照质量比1:1配制而成，浸渍时间为24h，然后在1200℃进行脱脂处理得到气孔率为62％的样品，平均孔径为0.80μm，样品的密度为0.61g/cm3。再次用高残碳溶液对脱脂获得的样品进行浸渍，高残碳溶液由酚醛树脂与乙醇按照质量比1:1配制而成，浸渍时间为24h，然后在1200℃进行脱脂处理得到气孔率为48％的样品，平均孔径为0.38μm，样品的密度为0.94g/cm3。
渗硅烧结：在1750℃对样品进行渗硅处理，得到高致密的碳化硅陶瓷复合材料。
实施例7
粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，包括如下步骤：
复合粉体制备：将含碳粉体、分散剂、高残碳粘结剂和溶剂混合、球磨得到浆料，浆料喷雾造粒，得到粒径为80μm左右的流动性良好的复合粉体，其中，含碳粉体全部为碳粉，分散剂为质量比1:1的十二烷基苯磺酸钠和聚乙烯吡咯烷酮，分散剂的添加量为含碳粉体的0.2wt％，高残碳粘结剂为酚醛树脂，高残碳粘结剂的添加量为含碳粉体的10wt％，浆料的固含量为45wt％。
粘结剂喷射打印：选择呋喃树脂为喷射粘结剂，设置打印参数，根据碳化硅陶瓷复合材料的设计结构进行粘结剂喷射打印，得到陶瓷素坯，其中打印层厚为0.2mm。
脱脂：将陶瓷素坯进行高温脱脂，脱脂温度1200℃，得到样品，样品的气孔率为79％，平均孔径为2.2μm，样品的密度为0.39g/cm3。
渗碳处理：用高残碳溶液对脱脂获得的样品进行浸渍，高残碳溶液由酚醛树脂与乙醇按照质量比1:1配制而成，浸渍时间为24h，然后在1200℃进行脱脂处理得到气孔率为64％的样品，平均孔径为0.72μm，样品的密度为0.58g/cm3。再次用高残碳溶液对脱脂获得的样品进行浸渍，高残碳溶液由酚醛树脂与乙醇按照质量比1:1配制而成，浸渍时间为24h，然后在1200℃进行脱脂处理得到气孔率为50％的样品，平均孔径为0.36μm，样品的密度为0.92g/cm3。
渗硅烧结：在1750℃对样品进行渗硅处理，得到高致密的碳化硅陶瓷复合材料。
实施例8
粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，包括如下步骤：
复合粉体制备：将含碳粉体、分散剂、高残碳粘结剂和溶剂混合、球磨得到浆料，浆料喷雾造粒，得到粒径为80μm左右的流动性良好的复合粉体，其中，含碳粉体全部为碳粉，分散剂为质量比1:1:1的十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸和聚乙烯吡咯烷酮，分散剂的添加量为含碳粉体的0.2wt％，高残碳粘结剂为酚醛树脂，高残碳粘结剂的添加量为含碳粉体的10wt％，浆料的固含量为45wt％。
粘结剂喷射打印：选择呋喃树脂为喷射粘结剂，设置打印参数，根据碳化硅陶瓷复合材料的设计结构进行粘结剂喷射打印，得到陶瓷素坯，其中打印层厚为0.2mm。
脱脂：将陶瓷素坯进行高温脱脂，脱脂温度1200℃，得到样品，样品的气孔率为76％，平均孔径为2.5μm，样品的密度为0.41g/cm3。
渗碳处理：用高残碳溶液对脱脂获得的样品进行浸渍，高残碳溶液由酚醛树脂与乙醇按照质量比1:1配制而成，浸渍时间为24h，然后在1200℃进行脱脂处理得到气孔率为60％的样品，平均孔径为0.85μm，样品的密度为0.63g/cm3。再次用高残碳溶液对脱脂获得的样品进行浸渍，高残碳溶液由酚醛树脂与乙醇按照质量比1:1配制而成，浸渍时间为24h，然后在1200℃进行脱脂处理得到气孔率为45％的样品，平均孔径为0.40μm，样品的密度为0.94g/cm3。
渗硅烧结：在1750℃对样品进行渗硅处理，得到高致密的碳化硅陶瓷复合材料。
对各实施例所制备的碳化硅陶瓷复合材料进行性能测试，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0003571175170000091
结合表1和实施例1-4可以看出，本申请可以选择用碳粉和/或碳化硅粉末作为含碳粉体，利用粘结剂喷射打印技术获得陶瓷素坯，并通过对脱脂后的陶瓷素坯进行不同次数的渗碳处理以及最后的渗硅烧结，获得具有不同密度、不同性能的碳化硅陶瓷复合材料，以适用于不同的应用领域。
实施例3、实施例5-8，区别在于所用的分散剂不同，其中，实施例3选择的是单一分散剂十二烷基苯磺酸钠，实施例5-7选用的分散剂是十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸和聚乙烯吡咯烷酮之中两种的复配，实施例8选用的分散剂同时包含十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸和聚乙烯吡咯烷酮，从表1的测试结果来看，实施例3的三点抗弯强度和弹性模量最差，实施例5-7的三点抗弯强度和弹性模量略优于实施例3，实施例8的三点抗弯强度和弹性模量最佳，说明本申请中，分散剂的复配，尤其是三种分散剂的共同使用，有助于改善含碳粉体的分散效果，从而使陶瓷素坯的孔隙更加均匀、碳分散更加均匀，从而有助于获得更好的渗硅效果，使碳和硅反应充分，有效避免“夹生”现象的出现，提高碳化硅陶瓷复合材料的整体性能。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
复合粉体制备：将含碳粉体、分散剂、高残碳粘结剂和溶剂混合、球磨得到浆料，浆料进行喷雾造粒，得到流动性良好的复合粉体，所述含碳粉体为碳粉、短切碳纤维粉体、碳化硅粉体中的一种或几种；所述分散剂的用量为含碳粉体的0.1-0.5wt%；所述分散剂同时包含硬脂酸、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠；
粘结剂喷射打印：选择喷射粘结剂，设置打印参数，根据碳化硅陶瓷复合材料的设计结构进行粘结剂喷射打印，得到陶瓷素坯；
脱脂：将陶瓷素坯进行高温脱脂，得到样品；
渗硅烧结：对样品进行渗硅处理，得到高致密的碳化硅陶瓷复合材料。
2.如权利要求1所述的粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，其特征在于：所述脱脂与渗硅烧结之间还包括至少一次渗碳处理。
3.如权利要求2所述的粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，其特征在于：所述渗碳处理为高残碳溶液浸渍处理和/或化学气相渗透处理；
所述高残碳溶液浸渍处理具体为：根据材料性能需求，对脱脂获得的样品进行高残碳溶液浸渍，然后再进行高温脱脂，得到渗碳处理后的样品。
4.如权利要求3所述的粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，其特征在于：所述高残碳溶液是采用呋喃树脂、酚醛树脂、蔗糖、沥青树脂中的一种与相应的溶剂配制而成；所述化学气相渗透采用的渗碳介质为烃类气体。
5.如权利要求1所述的粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，其特征在于：所述复合粉体制备步骤中所用的含碳粉体中，碳粉或短切碳纤维粉体含量为0-100wt%，碳化硅粉体含量为100-0wt%。
6.如权利要求1所述的粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，其特征在于：所述高残碳粘结剂的用量为含碳粉体的5-10wt%；所述高残碳粘结剂为酚醛树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂中的一种或几种；
所述浆料的固含量为40-50wt%；所述溶剂为水或乙醇。
7.如权利要求1所述的粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，其特征在于：所述复合粉体制备步骤中所获得的复合粉体的粒径为10-150μm；
所述粘结剂喷射打印步骤所用的喷射粘结剂为呋喃树脂、酚醛树脂、沥青树脂中的一种或几种；所述粘结剂喷射打印步骤中的打印层厚为0.1-0.5 mm。
8.如权利要求1所述的粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，其特征在于：所述脱脂步骤中的脱脂温度低于1200℃；所述脱脂步骤得到的样品的气孔率为60-80%，孔径分布为0.01-20μm，样品的密度为0.38-1.25g/cm3。
9.如权利要求1所述的粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，其特征在于：所述渗硅烧结步骤中渗硅处理的温度为1450-1800℃。
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