[發明專利]一種熱膨脹可調的陶瓷材料構件的制備方法及其產品

有效

• 申請號: 202010788090.0
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN111848183B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 何汝杰;張可強;方岱寧;張路;張學勤
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C04B35/622
• 分類號: C04B35/622;C04B35/10;C04B35/48;C04B35/14;C04B35/565;C04B35/584;C04B35/582;B33Y70/10;B33Y10/00
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 張海青

1.一種熱膨脹可調的陶瓷材料構件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)A陶瓷漿料制備：取A陶瓷粉體、分散劑、光敏樹脂、光引發劑、燒結助劑按照比例混合，A陶瓷粉體體積含量50-60vol.％，光敏樹脂體積含量40-50vol.％，A陶瓷粉體與光敏樹脂體積含量總和為100vol.％；分散劑添加量為A陶瓷粉體用量的1-3wt％，光引發劑添加量為光敏樹脂用量的1.0-2.0wt％，燒結助劑添加量為A陶瓷粉體用量的3-5wt％，球磨后即可得A陶瓷漿料；

(2)B陶瓷漿料制備：取B陶瓷粉體、分散劑、光敏樹脂、光引發劑、燒結助劑按照比例混合，其中B陶瓷粉體體積含量45-55vol.％，光敏樹脂體積含量45-55vol.％，B陶瓷粉體與光敏樹脂體積含量總和為100vol.％；分散劑添加量為B陶瓷粉體用量的1-3wt％，光引發劑添加量為光敏樹脂用量的1.0-2.0wt％，燒結助劑添加量為B陶瓷粉體用量的3-5wt％，球磨后即可得B陶瓷漿料；

(3)功能梯度過渡層制備：將A陶瓷漿料和B陶瓷漿料按照梯度比例依次混合，得功能梯度過渡層；

(4)光固化3D打印：通過光固化3D打印技術根據設計結構，先將底邊打印完成，然后將功能梯度過渡層打印完成，再將斜邊打印完成，并將打印完成的結構干燥、排脂、燒結；

步驟(4)中所述結構為二維等腰三角結構或三維正四棱錐結構；

所述構件為二維等腰三角結構時，高度方向的等效熱膨脹系數的設計值滿足式(1)：

式(1)中，α_b為底邊材料的熱膨脹系數，α_h為斜邊材料的熱膨脹系數，α_equ為構件高度方向的等效熱膨脹系數，β為半頂角；

所述構件為三維正四棱錐結構時，高度方向的等效熱膨脹系數的設計值滿足式(2)：

式(2)中，α_b為底邊材料的熱膨脹系數，α_h為斜邊材料的熱膨脹系數，α_equ為構件高度方向的等效熱膨脹系數，θ為構件底邊與斜邊的夾角。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)及步驟(2)中所述A陶瓷粉體和B陶瓷粉體分別選自氧化鋁，氧化鋯，氧化硅，碳化硅，氮化硅，氮化鋁中的任意一種，且二者不同。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)與步驟(2)中所述分散劑為KOS110，所述光敏樹脂為HDDP與TMPTA按照體積比4：1混合的混合物，所述光引發劑為TPO，所述燒結助劑為二氧化鈦、氧化鎂和氧化釔中的一種或多種。

4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)及步驟(2)中所述球磨時間為10-14h，步驟(4)中排脂溫度為500-700℃，排脂時間為2-3h，燒結溫度為1500-1700℃，燒結時間為2-3h。

5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中的功能梯度過渡層是將A與B按照3～5個梯度比例混合，每個梯度比例中，A與B的體積含量分別為10-90vol.％，A與B的總體積含量為100vol.％。

6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，底邊為A，斜邊為B；或底邊為B，斜邊為A。

7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述功能梯度過渡層打印時，每一梯度按照0.3-0.5mm依次打印。

8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述光固化3D打印成型技術為立體光刻成型技術、數字光處理成型技術中的一種。

9.一種根據權利要求1-8任一項的制備方法制備得到的熱膨脹可調的陶瓷材料構件，其特征在于，當所述構件為二維等腰三角結構時，構件高度方向的等效熱膨脹系數的設計值滿足式(1)：

式(1)中，α_b為底邊材料的熱膨脹系數，α_h為斜邊材料的熱膨脹系數，α_equ為構件高度方向的等效熱膨脹系數，β為半頂角；

當所述構件為三維正四棱錐結構時，構件高度方向的等效熱膨脹系數的設計值滿足式(2)：

式(2)中，α_b為底邊材料的熱膨脹系數，α_h為斜邊材料的熱膨脹系數，α_equ為構件高度方向的等效熱膨脹系數，θ為構件底邊與斜邊的夾角。