[發(fā)明專利]復雜形狀陶瓷件的疊層制備法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710072420.0
• 申請日: 2007-06-29
• 公開（公告）號: CN101333115A
• 公開（公告）日: 2008-12-31
• 發(fā)明（設計）人: 韓杰才;張宇民;周玉鋒;孟松鶴;杜善義;左洪波;赫曉東
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: C04B37/00
• 分類號: C04B37/00;C04B35/64
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所
• 代理人: 陳曉光

技術領域：

本發(fā)明涉及一種利用計算機完成復雜形狀陶瓷件的疊層制備方法。

背景技術：

隨著中國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，在高技術、國防、機械、電子等工業(yè)領域，對工程陶瓷產(chǎn)品的需求量不斷加大，需求品種不斷增多。今后陶瓷材料和產(chǎn)品的需求趨勢是：品種多，批量小；研制、生產(chǎn)周期縮短。而陶瓷材料自身，尤其是復雜形狀的陶瓷零件，也存在難成形、難加工、成本高等問題。解決以上問題的關鍵是開發(fā)低成本、高效率陶瓷產(chǎn)品生產(chǎn)技術。

快速成形技術(Rapid?Prototyping?and?Manufacturing)是八十年代中期發(fā)展起來的一種造型新技術，由于快速成形技術無需機械加工或任何模具，直接從CAD模型生成復雜形狀的制件，因而產(chǎn)品研制周期縮短，生產(chǎn)率提高，生產(chǎn)成本降低。分層實體造型(Laminated?Object?Manufacturing，簡稱LOM)是將薄膜材料逐層激光切割成所需形狀，然后疊加在一起的造型方法。分層實體造型技術在陶瓷領域中的應用包括，Dayton大學的Donald?A.Klosterman等應用分層實體造型技術制備了陶瓷件、陶瓷基復合材料。Lone?Peak工程公司的E.Alair?Griffin等^[8]采用分層實體造型技術制備了ZrO₂和Al₂O₃陶瓷件。該公司的Curtis?Griffin^[9]等采用LOM技術制備了Al₂O₃試樣和零件。Case?WesternReserve大學的James?D.Cawley等采用CAM-LEM(Computer-AideoManufacturing?of?Laminated?Engineering?Materials)技術制作陶瓷件，其成形原理與分層實體造型技術相同。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種采用疊層法制備復雜形狀陶瓷件。

上述的目的通過以下的技術方案實現(xiàn)：

復雜形狀陶瓷件的疊層制備法，其組成包括：設計零件、備料、混料、片層設計、片層粘結、陶瓷零件的燒結，所述的備料包括選擇三氧化二鋁粉體和確定陶瓷粒度的尺度范圍及顆粒的純度，所述的片層設計是首先使用三維造型軟件將所需要制備的零件的三維圖形輸入到計算機中，然后在計算機上對零件進行分層，片材厚度被確定為0.3～1.0mm，生成單層零件的加工指令，然后再通過數(shù)控設備加工零件單層。

所述的復雜形狀陶瓷件的疊層制備法，所述的備料是選定粒徑在1～15μm，平均為2μm的三氧化二鋁粉末，根據(jù)零件的設計要求確定陶瓷粒度為粒徑在1～15μm，平均為2μm。

所述的復雜形狀陶瓷件的疊層制備法，所述的混料是先將需要量110％～130％的三氧化二鋁粉體倒入混料容器中，再將粘結劑加入其中，用大功率攪拌機進行3～5小時同向攪拌，使三氧化二鋁粉體與粘結劑充分混合。

所述的復雜形狀陶瓷件的疊層制備法，所述的片層粘結是將用數(shù)控設備產(chǎn)生的零件片層用專用粘結劑均勻地涂在片層表面，在涂抹粘結劑的時候要注意使每一個部件都要涂到，不可有遺漏的地方。

所述的復雜形狀陶瓷件的疊層制備法，所述的陶瓷零件的燒結是在進行燒結之前，要對陶瓷零件進行預燒，60～80攝氏度的環(huán)境下燒烤1～2小時，以使片層間粘結劑充分固化，將粘結在一起的片層轉(zhuǎn)移至燒結爐中并升溫，升溫速度控制在10℃左右。當溫度在240～520℃區(qū)間時，升溫速度要控制在5℃/分鐘，以對片層進行脫脂。溫度達到1580℃時保溫30分鐘。

這個技術方案有以下有益效果：

1、本發(fā)明可以制備出各種形狀的零件，例如一些中空的零件的制備，可以將該零件分割為許多小片，最后通過本發(fā)明所使用的粘結方法將它們聯(lián)合在一起。而像這樣的零件，用一般設備來加工非常困難的或者無法完成。大大降低了零件的加工難度；

2、本發(fā)明制作各種形狀的零件均可不用制作模具，從而在一定程度上降低了生產(chǎn)成本；

3、本發(fā)明對制作單件或小批量且對強度要求不高的零件具有較高的實用價值。對于一些實驗性的零件，只要通過本發(fā)明中的方法可以比較容易地制造出想要的零件；

4、作為成型工藝，分層實體造型工藝在制備一維梯度功能材料具有優(yōu)勢，由于膜厚均勻致密，成分易于控制，并且可以做一定程度的變形，對比其它成分分布控制手段，分層實體造型工藝更靈活而有效。