[發(fā)明專利]一種基于纖維增強陶瓷先驅(qū)體3D打印技術(shù)的陶瓷復合材料成形方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710109549.8
• 申請日: 2017-02-27
• 公開（公告）號: CN106866164B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 田小永;夏園林;魯中良;曹繼偉
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/84;C04B35/14;C04B35/565;C04B35/597;B28B1/00;B33Y70/00;B33Y10/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

1.一種基于纖維增強陶瓷先驅(qū)體3D打印技術(shù)的陶瓷復合材料成形方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，增強纖維供給到3D打印頭，同時，陶瓷先驅(qū)體和高含碳量熱塑性復合材料通過導向管供給到3D打印頭，打印頭處的加熱裝置使陶瓷先驅(qū)體和高含碳量熱塑性復合材料處于熔融狀態(tài)；

步驟二，增強纖維與熔融的陶瓷先驅(qū)體和高含碳量熱塑性復合材料混合形成含陶瓷元素的高分子復合材料，并且從噴嘴出口被擠出，程序控制二維運動平臺，帶動3D打印頭在工作臺上，按照當前層模型的截面數(shù)據(jù)運動進行零件3D打印，使高分子復合材料粘附在工作臺上，冷卻沉積后，隨著二維運動平臺的運動不斷打印出當前截面；

步驟三，當完成模型當前一層的截面后，升降裝置將帶著工作臺一起下降一個分層厚度；

步驟四，重復步驟二至步驟三，直至零件完成，得到陶瓷先驅(qū)體坯體；

步驟五，對打印的陶瓷先驅(qū)體坯體在所需的環(huán)境氣氛下進行熱裂解處理，陶瓷先驅(qū)體坯體轉(zhuǎn)化為陶瓷；

步驟六，對裂解后的零件浸漬有機聚合物先驅(qū)體，并交聯(lián)固化或晾干；

步驟七，對浸漬晾干零件進行高溫燒結(jié)；

步驟八，重復步驟六至步驟七2～3次，使陶瓷零件致密化，即完成基于纖維增強陶瓷先驅(qū)體3D打印技術(shù)的陶瓷復合材料成形。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維增強陶瓷先驅(qū)體3D打印技術(shù)的陶瓷復合材料成形方法，其特征在于，所述步驟一中，增強纖維包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚芳酰胺纖維和智能纖維中的一種或多種組合。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維增強陶瓷先驅(qū)體3D打印技術(shù)的陶瓷復合材料成形方法，其特征在于，所述步驟一中，陶瓷先驅(qū)體為液態(tài)或固態(tài)，陶瓷先驅(qū)體是聚硅氧烷、聚碳硅烷或聚硅氮烷中的單一先驅(qū)體。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于纖維增強陶瓷先驅(qū)體3D打印技術(shù)的陶瓷復合材料成形方法，其特征在于，陶瓷先驅(qū)體零件在不同氣氛下高溫裂解，形成不同成分的陶瓷零件，聚硅氧烷在氧化氣氛中裂解轉(zhuǎn)化為SiO₂陶瓷，在非氧化氣氛中裂解轉(zhuǎn)化為Si-O-C陶瓷，聚碳硅烷在惰性氣氛下裂解轉(zhuǎn)化成Si-C陶瓷，聚硅氮烷在惰性氣氛下裂解轉(zhuǎn)化成Si-N-O陶瓷。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維增強陶瓷先驅(qū)體3D打印技術(shù)的陶瓷復合材料成形方法，其特征在于，所述步驟六中，真空狀態(tài)下排除高溫裂解后的陶瓷零件中的空氣，采用溶液或熔融的有機聚合物先驅(qū)體浸漬，并在惰性氣體保護下進行交聯(lián)固化或晾干。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維增強陶瓷先驅(qū)體3D打印技術(shù)的陶瓷復合材料成形方法，其特征在于，所述步驟六中，陶瓷零件在浸漬時采用與其打印過程相同的先驅(qū)體浸漬，陶瓷零件在真空下浸漬0.5～1h，在惰性氣體保護下交聯(lián)固化或晾干2～3h。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于纖維增強陶瓷先驅(qū)體3D打印技術(shù)的陶瓷復合材料成形方法，其特征在于，所述步驟七中，所有陶瓷零件在燒結(jié)時的氣氛條件與步驟五中熱裂解的環(huán)境氣氛相同，不同陶瓷先驅(qū)體材料在燒結(jié)時升溫制度不同。