[發明專利]3D打印近凈成形制備金剛石/銅導熱復合材料零件的方法

有效

• 申請號: 201711384826.2
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN109940156B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 郭宏;張習敏
• 申請（專利權）人: 有研工程技術研究院有限公司
• 主分類號: B22D23/04
• 分類號: B22D23/04;C04B38/06;C04B35/52;C04B35/622;C04B35/63;C08L55/02;C08L23/08;C08K3/04;C08K3/32
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉徐紅

1.一種3D打印近凈成形制備金剛石/銅導熱復合材料零件的方法，包括以下步驟：

(1)根據零件尺寸，進行零件的三維CAD建模，根據零件的三維CAD模型進行分層處理并得到離散化的二維層片信息，對二維層片信息進行輪廓填充，并輸出程序代碼；

(2)配置3D打印原料，3D打印原料由金剛石、ABS樹脂、磷酸鋁和增韌劑組成；

(3)將3D打印原料利用雙螺桿擠出機擠出加工成細棒；

(4)根據步驟(1)獲得的二維層片信息，使用3D打印機采用熔絲制造方法以步驟(3)中獲得的細棒為原料進行逐層打印，從而獲得預制體素坯；

(5)在真空熱解爐內，惰性氣體氛圍中進行預制體素坯的脫脂熱解碳化，得到多孔的預制體；

(6)通過真空壓力熔滲工藝將銅壓力浸滲至多孔的預制體中，得到致密的金剛石/銅導熱復合材料零件。

2.根據權利要求1所述的3D打印近凈成形制備金剛石/銅導熱復合材料零件的方法，其特征在于：3D打印原料的質量份組成為：金剛石50-65份，ABS樹脂20-35份，磷酸鋁1-5份，增韌劑5份。

3.根據權利要求2所述的3D打印近凈成形制備金剛石/銅導熱復合材料零件的方法，其特征在于：所述的金剛石為金剛石粉，顆粒尺寸小于200μm。

4.根據權利要求3所述的3D打印近凈成形制備金剛石/銅導熱復合材料零件的方法，其特征在于：所述的增韌劑為EMA(乙烯丙烯酸甲酯共聚物)作為增韌劑，以有效提高ABS樹脂的抗沖擊性，耐應力開裂性以及復合相容性能。

5.根據權利要求1所述的3D打印近凈成形制備金剛石/銅導熱復合材料零件的方法，其特征在于：3D打印原料利用雙螺桿擠出機擠出加工成直徑為2-4mm的細絲，經水冷，風干后，制成500mm長的細棒。

6.根據權利要求5所述的3D打印近凈成形制備金剛石/銅導熱復合材料零件的方法，其特征在于：所述的雙螺桿擠出機的直徑為15mm，長徑比為48:1，擠出溫度依次設定為一區200℃，二區210℃，三區220℃，四區225℃，五區225℃，機頭230℃。

7.根據權利要求1所述的3D打印近凈成形制備金剛石/銅導熱復合材料零件的方法，其特征在于：所述的脫脂熱解碳化時，首先從室溫升溫到300℃，升溫速度2-5℃/min，保溫0.5-1.5h；然后從300℃升溫到600℃，升溫速度3-5℃/min，最后從600℃升溫到800℃，升溫速度為2-3℃/min，保溫1-2.5h。

8.根據權利要求1所述的3D打印近凈成形制備金剛石/銅導熱復合材料零件的方法，其特征在于：真空壓力熔滲時，在真空中將3D打印燒結的多孔金剛石預制體加熱至1000-1300℃，將熔融的銅液壓力浸滲入多孔的預制體中獲得致密的金剛石/銅復合材料零件。

9.根據權利要求1所述的3D打印近凈成形制備金剛石/銅導熱復合材料零件的方法，其特征在于：制備得到的金剛石/銅復合材料零件中，銅與金剛石的體積比為50-75。

10.根據權利要求8所述的3D打印近凈成形制備金剛石/銅導熱復合材料零件的方法，其特征在于：所述的銅液為純銅液或銅合金液。