[發(fā)明專利]一種碳化硅陶瓷基復合材料結(jié)構(gòu)/功能件的增材制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010543531.0
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111635241B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設計）人: 魯中良;周航;王成玉;邱紹宇;李聰;孫超;張瑞謙;苗愷;潘小強;丁陽;朱麗兵;朱勇輝;李滌塵
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學;中國核動力研究設計院;上海核工程研究設計院有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/565;C04B35/573;C04B35/622;C04B35/626;C04B35/628;C04B35/64;B28B1/00;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發(fā)明公開了一種碳化硅陶瓷基復合材料結(jié)構(gòu)/功能件的增材制造方法，包括以下步驟：稱取碳化硅、碳纖維和硅微粉，真空烘干；碳纖維進行化學氣相沉積處理，使碳纖維的表面形成無定形碳；碳化硅進行化學氣相沉積處理，使碳化硅的表面形成硅薄膜；硅微粉、碳纖維和碳化硅混合均勻，獲得混合粉；設置成形參數(shù)及掃描策略，將結(jié)構(gòu)/功能件模型輸出為STL格式并導入激光選區(qū)熔化成形設備；將混合粉通入激光選區(qū)熔化成形設備，在保護氣的氣氛下進行結(jié)構(gòu)/功能件成形，實現(xiàn)碳化硅基陶瓷結(jié)構(gòu)/功能件的增材制造。本發(fā)明安全高效，制造的結(jié)構(gòu)/功能件致密度高且組織均勻，可實現(xiàn)近凈尺寸成型，無需后處理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種碳化硅陶瓷基復合材料結(jié)構(gòu)/功能件的增材制造方法。

背景技術(shù)

增材制造技術(shù)的出現(xiàn)徹底顛覆了傳統(tǒng)的減材制造思維，其能夠?qū)崿F(xiàn)任意復雜零件的快速制造；其利用計算機輔助設計，通過建模軟件設計結(jié)構(gòu)直接導出STL格式進行打印，可以實現(xiàn)無模快速成型。其中，選擇性激光熔化(SLM)或者直接激光成型(DLS)能直接成型出高致密度、力學性能良好的金屬零件。

目前，氧化鋁等部分陶瓷材料也能通過SLM(或DLS)直接成型，但是針對碳化硅陶瓷粉末高溫直接升華的特點，無法通過SLM(或DLS)工藝直接利用碳化硅等粉末成型出碳化硅基陶瓷結(jié)構(gòu)/功能件。目前傳統(tǒng)的陶瓷材料的成型工藝有壓制成型、直寫成型、流延成型、注漿成型、等靜壓成型、凝膠注模等；其中，凝膠注膜因能實現(xiàn)近凈尺寸成型，保證陶瓷坯體結(jié)構(gòu)與組成均勻而被廣泛研究。一般選擇目標陶瓷粉末或其前軀體來進行凝膠注模，為保證漿料的流變性，漿料的固相含量不能過高，導致燒結(jié)后陶瓷的致密度一般較低，需要致密化處理。對碳化硅陶瓷其致密化處理方式一般有兩種，一是多次浸滲聚碳硅烷裂解，二是浸漬酚醛樹脂裂解之后進行滲硅處理；其中，前一種需要耗費大量的時間多次重復，后一種會在材料內(nèi)殘留有大量的硅，使得材料性能變差。

綜上，亟需一種碳化硅基陶瓷結(jié)構(gòu)/功能件的新的增材制造方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種碳化硅陶瓷基復合材料結(jié)構(gòu)/功能件的增材制造方法，以解決上述存在的一個或多個技術(shù)問題。本發(fā)明的增材制造方法，安全高效，制造的結(jié)構(gòu)/功能件致密度高且組織均勻，可實現(xiàn)近凈尺寸成型，無需后處理。

為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明的一種碳化硅陶瓷基復合材料結(jié)構(gòu)/功能件的增材制造方法，包括以下步驟：

步驟1，稱取碳化硅、碳纖維和硅微粉，真空烘干；

步驟2，將真空烘干的碳纖維進行化學氣相沉積處理，使碳纖維的表面形成無定形碳；

步驟3，將真空烘干的碳化硅進行化學氣相沉積處理，使碳化硅的表面形成硅薄膜；

步驟4，將步驟1真空烘干的硅微粉、步驟2處理后的碳纖維和步驟3處理后的碳化硅混合均勻，獲得混合粉；所述混合粉中，按質(zhì)量份數(shù)計，碳化硅：硅微粉：碳纖維＝(0.16～0.24)：(0.056～0.084)：(0.024～0.036)；

步驟5，設置成形參數(shù)及掃描策略，將結(jié)構(gòu)/功能件模型輸出為STL格式并導入激光選區(qū)熔化成形設備；將步驟4獲得的混合粉通入激光選區(qū)熔化成形設備，在保護氣的氣氛下進行結(jié)構(gòu)/功能件成形，實現(xiàn)碳化硅基陶瓷結(jié)構(gòu)/功能件的增材制造。

本發(fā)明的進一步改進在于，步驟1中，碳化硅粒徑為10～50微米；硅微粉粒徑為1～40微米；碳纖維為短碳纖維，目數(shù)為200～500目。

本發(fā)明的進一步改進在于，步驟1中，真空烘干時，烘干溫度設置為160～200℃，真空烘干3～5h。