[發明專利]一種連續纖維增強陶瓷基復合材料零件的成形方法

在審

• 申請號: 201711047154.6
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107954735A
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發明（設計）人: 徐天文;趙曉明
• 申請（專利權）人: 西安鉑力特增材技術股份有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/622;C04B35/628;C04B35/634
• 代理公司: 西安弘理專利事務所61214
• 代理人: 羅磊

1.一種連續纖維增強陶瓷基復合材料零件的成形方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1，制備含基體陶瓷光固化漿料；

步驟1.1，基體陶瓷粉末的選擇與處理：取粒度d₅₀為0.2-3um之間的陶瓷粉末，在180-250℃的真空環境下干燥2-10h，以除去表面吸附的氣體與水分；

步驟1.2，光敏樹脂及添加劑的選擇與處理：選擇光敏樹脂，在避光條件下，過濾除去其中的水分；選擇添加劑，并進行干燥處理；

步驟1.3，基體陶瓷粉末與光敏樹脂及添加劑的混合：在避光條件下，將經步驟1.1與步驟1.2處理后的基體陶瓷粉末與光敏樹脂及添加劑攪拌混合均勻；然后在避光、負壓條件下靜置8-24h，得到含基體陶瓷光固化漿料；

步驟2，連續纖維的預處理；

在連續纖維表面涂覆一層改善界面結合和提高纖維強度保留率的材料；

步驟3，復合材料零件毛坯的固化成形；

將步驟1處理好的含基體陶瓷光固化漿料和步驟2經預處理的連續纖維裝入成形設備中，并導入待成形零件三維模型信息；根據對纖維體積含量的要求，確定纖維鋪設面內纖維密度及纖維鋪設的頻率；在計算機的控制下邊成形邊引入連續纖維，層層固化直至成形出完整的毛坯；

步驟4，對毛坯進行后處理；

步驟5，脫脂燒結，得到所需零件。

2.根據權利要求1所述的一種連續纖維增強陶瓷基復合材料零件的成形方法，其特征在于，所述步驟1.1中的真空環境為低于-0.06MPa的環境。

3.根據權利要求1所述的一種連續纖維增強陶瓷基復合材料零件的成形方法，其特征在于，步驟1.2中所述的光敏樹脂為與基體陶瓷粉末相容性好的光敏樹脂。

4.根據權利要求1所述的一種連續纖維增強陶瓷基復合材料零件的成形方法，其特征在于，所述步驟1.3中所加入的基體陶瓷粉末與光敏樹脂體積比為1:1-7:3，混合溫度為25-40℃，攪拌為在真空攪拌機內攪拌，攪拌參數為常壓下以400-600rad/min的轉速攪拌1-4h。

5.根據權利要求1所述的一種連續纖維增強陶瓷基復合材料零件的成形方法，其特征在于，所述步驟2中采用化學氣相沉積或化學氣相滲透或原位生長或溶膠-凝膠法在連續纖維表面涂覆一層改善界面結合和提高纖維強度保留率的材料。

6.根據權利要求1所述的一種連續纖維增強陶瓷基復合材料零件的成形方法，其特征在于，所述步驟3中在光固化成形過程中，光固化設備所用光波長范圍為200-400nm，成形時所用分層厚度為20-100um。

7.根據權利要求1所述的一種連續纖維增強陶瓷基復合材料零件的成形方法，其特征在于，所述步驟4中對毛坯進行后處理具體為：從光固化設備內取出零件毛坯，用毛刷清掃毛坯表面，直至露出已固化的表面；然后將其浸入可溶解未固化樹脂的有機溶劑中，借助超聲波震蕩除去粘附于毛坯上的未固化樹脂；最后通過機械加工及物理化學的方法，除去毛坯上多余的纖維及支撐結構并提高表面精度。

8.根據權利要求1所述的一種連續纖維增強陶瓷基復合材料零件的成形方法，其特征在于，所述步驟5中所述的脫脂工藝為：在氣氛可控的環境下，以0.5-2℃/min的升溫速率升高到400-600℃，保溫2-8h后隨爐冷卻，得到經脫脂的毛坯。

9.根據權利要求1所述的一種連續纖維增強陶瓷基復合材料零件的成形方法，其特征在于，所述步驟5中所述的燒結工藝為：

步驟5.1，預燒，將經脫脂的毛坯放入燒結爐內，然后對燒結爐體進行多次抽真空然后通氬氣的氣體置換操作，然后在氬氣保護的環境下，氣體壓力10-200MPa，以5-8℃/min的升溫速率升到700-900℃，保溫1-3h使毛坯內部溫度均勻化；

步驟5.2，燒結，待預燒完成后，在與預燒相同的壓力下，以1-5℃/min的升溫速率升到1300-1600℃，保溫1-2h得到所需要的零件。

10.根據權利要求3所述的一種連續纖維增強陶瓷基復合材料零件的成形方法，其特征在于，步驟1.2中所述的添加劑為分散劑、相溶劑、消泡劑中的一種或幾種的組合。