[發明專利]基于3D成型技術制備多孔SiC陶瓷的方法

在審

• 申請號: 201710964244.5
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107602130A
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 曾濤;孫曉梅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622;C04B38/00;B28B1/00;B28B11/24
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及一種多孔SiC陶瓷的制備工藝，特別是涉及一種基于3D成型技術制備多孔SiC陶瓷的方法。

背景技術

多孔陶瓷是具有貫通的開氣孔或內部具有閉氣孔的陶瓷材料。多孔陶瓷在具有高孔隙率的同時其也具備一定的力學性能。其具備大的比表面積，可用于高溫和化學腐蝕的環境，化學穩定性、耐磨損性和機械強度較高。非氧化物陶瓷的高溫穩定性和機械強度更好，其中碳化硅是一種共價鍵結合的化合物，穩定性極高。多孔碳化硅陶瓷材料同時具有碳化硅陶瓷和多孔陶瓷的優勢，具有機械強度高，耐磨性好，化學穩定性強，孔隙率高，比表面積大的特性。

傳統制備多孔陶瓷的工藝有很多，造孔工藝有添加造孔劑法、有機泡沫浸漬法、發泡法和溶膠-凝膠法等，成型工藝有擠壓成型法、等靜壓成型法、注射成型法和凝膠注模法等，但成本過高、生產周期長等條件不利于快速陶瓷的發展，因此提升制造工藝對于多孔陶瓷的產業化有著很重要的推進作用。

選擇性激光燒結技術(SLS)通過計算機輔助設計與制造，基于“單層燒結，層層疊加”的原理，將粉末材料直接成形任意復雜結構三維實體零件，它是增材制造領域中極具發展潛力的技術之一。與傳統的制備工藝相比較，其具有很多突出的優點：(1)生產周期短，制造成本低，適用于新產品的測試環節以及成型復雜形狀陶瓷零件；(2)可按圖紙直接制造零件，無需模具、刀具等后續機械加工；(3)應用領域廣泛，具有無可比擬的潛力；(4)與其它快速制造方法相比，SLS最突出的優點在于它所使用的成形材料種類十分廣泛；(5)制備要求低，可與傳統制備工藝相結合，發揮更好的作用。目前，SLS成形的材料主要有高分子、陶瓷、金屬粉末和它們的復合粉末。

然而，目前對SLS技術的研究還處于初步階段，利用SLS技術直接制造的陶瓷零件孔隙率很低，孔隙率在45％～60％之間，不能達到多孔陶瓷的使用要求，導致SLS技術制備多孔陶瓷并未得到很好的應用。

發明內容

本發明的目的是為了解決目前選擇性激光燒結技術(SLS技術)制備多孔SiC陶瓷時，成型件孔隙率低的問題，提供了基于3D成型技術制備多孔SiC陶瓷的方法。

本發明基于3D成型技術制備多孔SiC陶瓷的方法，是按以下步驟進行：

一、繪制多孔SiC陶瓷的三維模型，然后將其轉換為STL格式文件；

二、將STL格式文件導入SLS成型機，設定掃描速度為1000mm/s～2000mm/s，每層厚度為0.05mm～0.2mm，預熱溫度為40～70℃，然后利用計算機分層切片軟件將模型處理成設定厚度的薄片；

三、在混料機中倒入SiC粉末、粘結劑粉末和造孔劑，進行混粉，得到混合均勻的復合粉末；

四、將復合粉末加入到SLS成型機的工作缸中，利用滾軸將粉末鋪平，靜置30min，然后將工作缸加熱到步驟二設定的預熱溫度，開始加工，激光燒結，送粉缸送粉鋪粉，然后逐層燒結，制得陶瓷坯體；

五、打開SLS成型機的工作箱門，取出后清除多余粉末，在室溫環境下將陶瓷坯體靜置冷卻，得到初始形坯；

六、制作初始形坯的CIP包套，對其進行包套，然后進行冷等靜壓致密化處理，得到處理后的陶瓷坯體；

七、將處理后的陶瓷坯體放入真空燒結爐中，進行脫脂預燒結，得到多孔SiC陶瓷；

八、將多孔SiC陶瓷在有氧環境下進行燒結，得到多孔SiC陶瓷。

本發明的有益效果：

本發明設計了一種添加造孔劑法結合SLS技術制備多孔SiC陶瓷的方法，本發明操作簡便，成型速度快，原料利用率高，通過添加造孔劑提高多孔SiC陶瓷的孔隙率，最終成型件的孔隙率為70％～80％，且具備一定的強度。該種方法可制備復雜形狀的零件，同時滿足高孔隙率和強度的要求，所制備的多孔SiC陶瓷可在實際的不同領域中應用。

附圖說明

圖1是本發明的成型原理模型圖；其中a為SiC、b為粘結劑、c為炭黑。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉的具體實施方式，還包括各具體實施方式之間的任意組合。

具體實施方式一：本實施方式基于3D成型技術制備多孔SiC陶瓷的方法，是按以下步驟進行：

一、繪制多孔SiC陶瓷的三維模型，然后將其轉換為STL格式文件；

二、將STL格式文件導入SLS成型機，設定掃描速度為1000mm/s～2000mm/s，每層厚度為0.05mm～0.2mm，預熱溫度為40～70℃，然后利用計算機分層切片軟件將模型處理成設定厚度的薄片；