[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

本發明公開了一種基于3DP增材制造技術的碳化硅基陶瓷零件制造方法，本發明利用3DP增材制造技術制造的碳化硅基陶瓷零件經一系列后處理后可得到具有良好高溫綜合性能的致密零件，同時解決了復雜結構零件制造困難的難題，利用3DP增材技術實現了碳化硅基陶瓷零件的快速制造，有效的避免了具有空心結構復雜零件的制造過程的一系列復雜的制造工藝，在保證綜合性能滿足要求的同時，極大的減少了制造時間和成本，是具有革命性的一項新技術，具有非常大的市場價值。

技術領域

本發明屬于碳化硅基陶瓷零件的快速制造領域，具體涉及一種基于3DP增材制造技術的碳化硅基陶瓷零件制造方法。

背景技術

碳化硅基陶瓷材料具有低密度、耐高溫、耐腐蝕、高強度、高硬度、高耐磨等優良性能，是制造航空航天領域的理想材料，但是其固有的低韌性和難以加工導致其不太適用傳統加工。

增材制造是一種融合信息技術、材料技術、制造技術等多學科發展起來的先進制造技術，通過材料逐層積累成型制造實體零件，對復雜零件的近凈成型具有巨大的優勢，同時也為零件內部的復雜結構的制造提供了新的思路和方法。

目前，復雜的碳化硅基陶瓷零件普遍采用凝膠注模技術或者熱壓法制造，前者所制造的碳化硅基陶瓷零件致密度較低，常溫和高溫的力學性能較差，后者難以實現具有復雜結構的零件的制造，特別是具有空心結構的零件。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種基于3DP增材制造技術的碳化硅基陶瓷零件制造方法，該方法通過對顆粒級配后的碳化硅陶瓷粉末加入適量的碳化硅短纖維混合均勻制成3DP打印設備用的陶瓷粉末；然后利用混合后的粉末原料進行打印，實現碳化硅基陶瓷零件素坯的成型；再對碳化硅陶瓷葉片素坯進行真空脫脂、化學氣相沉積以及熱等靜壓處理后，最終得到高強度碳化硅陶瓷零件。

為了達到上述目的，本發明包括以下步驟：

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質量分數2～4％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；

步驟二，配置雙重固化體系的3DP打印墨水；

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3DP打印設備，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，將干燥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。

所述步驟一中，得到3DP打印設備用的碳化硅陶瓷粉體的具體方法如下：

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、質量分數的8％石墨粉末混合得到陶瓷粉；

第二步，在陶瓷粉中加入含量約為粉末質量的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。

所述步驟二中，配置雙重固化體系的3DP打印墨水的具體方法如下：