[發明專利]一種基于3DP增材制造技術的碳化硅基陶瓷零件制造方法

有效

• 申請號: 201710283903.9
• 申請日: 2017-04-26
• 公開（公告）號: CN107098714B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 魯中良;連偉波;李滌塵;楊強;徐文梁
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C64/10
• 分類號: B29C64/10
• 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3DP增材制造技術的碳化硅基陶瓷零件制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，對碳化硅陶瓷粉末采用顆粒級配方法進行配比，將顆粒級配后的碳化硅陶瓷粉體和總質量2％的碳化硅短纖維均勻混合，得到3DP打印設備用的碳化硅陶瓷粉體，具體方法如下：

第一步，將粒度為45μm、20μm、5μm、2μm的碳化硅粉末質量按10:5:2:1的比例與質量分數2％～4％的碳化硅短纖維、質量分數8％的石墨粉末混合得到陶瓷粉；

第二步，在陶瓷粉中加入含量為粉末質量的0.2～0.5％的檸檬酸，以觸發粘接劑的凝固反應；

第三步，將上述混合粉末進行干法球磨30min，待充分混合后制成3DP打印用的碳化硅基陶瓷粉體；

步驟二，配制雙重固化體系的3DP打印墨水，具體方法如下：

第一步，配制第一粘接劑，以膠體二氧化硅作為粘接劑，以蒸餾水作為介質,以丙二醇作為濕潤劑，以三乙醇胺作為基料，其中膠體二氧化硅和蒸餾水按照質量比為7:10混合，添加質量分數為5～7％的丙二醇,3～5％的三乙醇胺，置于磁力攪拌器上攪拌20min，待均勻混合后制得第一粘接劑；

第二步，第二粘接劑為光敏樹脂基粘接劑，通過雙重固化3DP打印設備的外置紫外光照射，發生固化達到粘接基體粉末的作用；

步驟三，建立碳化硅基陶瓷零件的三維CAD模型并建立分層和掃描路徑的數據；

步驟四，將碳化硅陶瓷葉片的制作數據導入雙重固化體系的陶瓷粉末3D打印機，并利用步驟二中制備的陶瓷粉末進行打印成形，得到碳化硅基陶瓷零件的素坯；

步驟五，對碳化硅基陶瓷零件素坯進行干燥和真空脫脂處理；

步驟六，將脫脂后的碳化硅基陶瓷零件通過化學氣相滲透工藝對碳化硅基陶瓷零件進行致密化處理；

步驟七，最后通過熱等靜壓工藝制得具有良好的高溫綜合性能的碳化硅基陶瓷零件。

2.根據權利要求1所述的一種基于3DP增材制造技術的碳化硅基陶瓷零件制造方法，其特征在于，所述步驟五中，干燥和真空脫脂處理的工藝如下：

將制得的碳化硅基陶瓷零件的素坯放置于真空脫脂爐內，在20℃條件下真空干燥2h，隨后自室溫起，以1℃/min的升溫速率，升溫至300℃，保溫10min；然后以1℃/min的升溫速率，升溫至600℃，保溫3h。

3.根據權利要求1所述的一種基于3DP增材制造技術的碳化硅基陶瓷零件制造方法，其特征在于，所述步驟六中，化學氣相滲透工藝如下：

將燒結好的碳化硅基陶瓷零件置于化學氣相滲透設備中，以三氯甲基硅烷與氫氣為原料，根據坯體的大小設置相應的溫度和時間，滲透壓強設定為10kPa，實現對碳化硅陶瓷零件的致密化處理。

4.根據權利要求1所述的一種基于3DP增材制造技術的碳化硅基陶瓷零件制造方法，其特征在于，所述步驟七中，熱等靜壓工藝如下：

將化學氣相滲透后的碳化硅基陶瓷零件坯體置于熱等靜壓設備中，在溫度為1500℃、壓力為200MPa條件下燒結強化1h，最終制得高性能致密碳化硅基陶瓷零件。