[發明專利]一種基于3D打印技術的核殼結構陶瓷復合材料成形方法

在審

• 申請號: 201811088769.8
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109293382A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 魯中良;李滌塵;隨雨濃;夏園林
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/584;C04B35/565;C04B35/14;C04B35/10;C04B35/057;C04B35/622;B33Y10/00;B33Y70/00;B33Y80/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種基于3D打印技術的核殼結構陶瓷復合材料成形方法，使用共擠出或同軸擠出方式，可得到由一種或一種以上基體材料與功能增強材料構成的核殼結構。核殼結構復合材料兼具基體與增強材料的優勢，可同時具備良好的強度與韌性，性能優良。通過控制擠出漿料的直徑與擠出速率，使得核殼結構模型能夠快速精確的成形；本方法制得的核殼結構零件具有良好的力學性能，耐高溫性能，并且含增強材料的核殼結構復合材料極大地提高了零件的強度和韌性，且在高溫燒結過程中，不同的燒結環境可制得不同成分的材料，使得原始材料有較大的選擇余地，可滿足不同需求的復合材料零件制備。

技術領域

本發明涉及陶瓷復合材料3D打印技術領域，具體涉及一種基于3D打印技術的核殼結構陶瓷復合材料成形方法。

背景技術

3D打印技術是20世紀80年代后期發展起來的一項先進制造技術，可以直接根據產品設計數據，快速制造出新產品的樣件、模具或模型，大大縮短產品加工周期，降低了研制的成本，對促進企業產品創新、提高產品競爭力有積極的推動作用。

復合材料是由金屬材料、陶瓷材料或高分子材料等兩種或兩種以上的材料經過復合工藝而制備的多相材料，各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的要求。復合材料由連續相的基體和被基體包容的相增強體組成。但是，傳統復合材料由不同材料混合而成，無法保持組成材料原始的性能，尤其是增韌效果不明顯。而且傳統復合材料的工藝穩定性差，材料性能的分散性大，長期耐高溫與環境老化性能差，抗沖擊能力低，橫向強度和層間剪切強度差。

盡管現有技術在復合材料的設計和制造方面取得了新的進展，但是創造具有高強度和高韌性結構的材料仍然是一個難以達到的目標，因為這些性質往往是互斥的。而一些天然材料通過在多個長度尺度上結合不同的增韌機理來克服這種限制。核殼結構復合材料模仿天然材料的結構，兼具高強度與韌性，可以很好的彌補傳統制造方法的不足。核殼結構復合材料從內向外分為許多層，每一層都保持了原始材料的性能，可以在保持高強度的前提下獲得不錯的韌性。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供種基于3D打印技術的核殼結構陶瓷復合材料成形方法，能夠得到具有良好的韌性、耐高溫性、高強度的核殼結構陶瓷復合材料零件，且不需要設計、制造模具，從而大大地減少了成本和制造時間。

為了達到上述目的，本發明首先稱取所需基體材料和增強材料，基體材料采用陶瓷、纖維和樹脂中的至少一種，增強材料采用陶瓷、纖維、樹脂或金屬，擠出方式采用共擠出方式或同軸擠出方式；

采用共擠出方式時，包括以下步驟：

步驟一，在中心料筒內依次套入若干直徑依次變小的內層料筒，中心料筒和內層料筒的總量等于基體材料種類的數量，將增強材料依次裝入中心料筒和內層料筒中，冷凍成型后取出增強材料，制得增材棒料；

步驟二，在3D打印機的料筒中添加基體材料，并將增材棒料置于基體材料中部；

步驟三，擠出時，根據需要控制3D打印機的活塞推動料筒中的漿料進入同軸噴嘴，在出口處形成基體材料包裹增強材料的核殼包裹結構；

步驟四，3D打印機持續打印，直至零件完成，得到核殼結構復合材料胚體；

步驟五，將核殼結構復合材料胚體在真空環境下干燥脫脂，并進行燒結處理，最終轉化為陶瓷；

采用同軸擠出方式時，包括以下步驟：

步驟一，將所需基體材料和增強材料置于3D打印機的基體材料供料筒和增強材料供料筒，增強材料供料筒將增強材料送入基體材料的中部；

步驟二，擠出時，根據需要控制3D打印機的活塞共同擠壓基體材料供料筒和增強材料供料筒，使基體材料和增強材料共同擠出，在出口處形成外部材料包裹內部材料的核殼包裹結構；