[發明專利]一種連續纖維增韌陶瓷基復合材料的制備方法及專用設備

有效

• 申請號: 202010639169.7
• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111747765B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 張凱;閆志隆;劉婷婷;廖文和;熊志偉;鄒志永;陳丹;王新禹;張玲
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B33Y30/00
• 分類號: B33Y30/00
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 蔣廈

1.一種連續纖維增韌陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于：設備包括底座、機架、光固化成型系統、纖維鋪絲系統和控制單元；所述的光固化成型系統包括光源、液槽、Z軸運動機構、成型臺和旋轉機構；所述的纖維鋪絲系統包括噴頭、噴頭安裝機構、自動進絲機構和超聲清洗槽；所述的機架安裝在底座后部，所述的液槽設于底座前部，所述的光源設于液槽正下方；在所述機架的前側下部安裝Z軸運動機構，在所述機架的前側上部安裝噴頭安裝機構，所述的Z軸運動機構通過旋轉機構連接所述的成型臺；所述的噴頭安裝機構安裝固定噴頭，所述的噴頭連接自動進絲機構；所述的超聲清洗槽通過旋轉機構安裝于機架一側；所述的控制單元通過線路連接光固化成型系統和纖維鋪絲系統，對二者進行控制；包括以下步驟：

1)用三維造型軟件生成零件的三維實體模型，并將其轉為STL文件；在分層軟件中對三維實體模型的參數進行設置，包括：單層厚度、光源強度、曝光時間以及纖維鋪置的層第數和纖維圖案，最后對其進行切片分層；

2)將準備好的陶瓷漿料適當搖勻后放入液槽中，在超聲清洗槽中放入適量無水乙醇；

3)開始打印，控制單元通過Z軸運動機構控制成型臺復位；

4)控制單元控制成型臺下降，停止下降時成型臺底面與液槽底部之間距離為設置好的單層厚度；

5)控制單元打開光源，使光透過液槽對液槽中的陶瓷漿料進行首層曝光一定時間，使其固化成型，之后將成型臺抬升一定高度使漿料固化層與液槽底部分離；

6)重復步驟4)、5)的操作，直到達到步驟1)中設置的纖維鋪置層數時停止，形成陶瓷生坯樣件，之后通過控制單元將成型臺上升一定高度；

7)控制單元控制超聲清洗槽旋轉至成型臺正下方，再抬升至浸沒陶瓷生坯樣件的最后成型層，并啟動超聲清洗對陶瓷生坯樣件進行表面清洗一段時間，超聲清洗槽復位；噴頭對連續纖維進行加熱至一定溫度；

8)旋轉機構旋轉180°，控制噴頭在陶瓷生坯樣件上表面鋪置單層纖維，鋪置圖案在步驟1)中已設置好，由剪刀剪斷已計算好的纖維絲長度，纖維鋪置完成；

9)噴頭復位，旋轉機構旋轉成型臺180°；

10)繼續重復步驟3)至9)的操作直至打印結束，完成陶瓷生坯與連續纖維的層間復合；

11)進行高溫脫脂燒結，得到最終樣件。

2.根據權利要求1所述的連續纖維增韌陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于：所述的底座上設有空心凹槽，液槽嵌于空心凹槽內采用透明材質，使正下方的光源可照射液槽。

3.根據權利要求1所述的連續纖維增韌陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于：所述的噴頭內具有加熱機構，對的噴頭內的纖維進行加熱。

4.根據權利要求1所述的連續纖維增韌陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于：步驟2)中的陶瓷漿料為陶瓷粉末和光敏樹脂的定比混合物，其中陶瓷粉末占質量比為40%；所述的陶瓷粉末為氧化鋁或氧化鋯，所述的光敏樹脂的組成包括光敏預聚物、光引發劑、稀釋劑。

5.根據權利要求1所述的連續纖維增韌陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于：步驟4)中曝光陶瓷漿料的單層厚度為10-250μm。

6.根據權利要求1所述的連續纖維增韌陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于：步驟5)中成型臺的抬升高度為1-15mm。

7.根據權利要求1所述的連續纖維增韌陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于：步驟6)中成型臺的抬升高度為80-100mm。

8.根據權利要求1所述的連續纖維增韌陶瓷基復合材料的制備方法，其特征在于：步驟11)中高溫脫脂燒結在惰性氣體中進行。