[發(fā)明專利]一種梯度材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011639147.7
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112829283A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 白家鳴;許之遙
• 申請（專利權(quán)）人: 南方科技大學(xué)
• 主分類號: B29C64/165
• 分類號: B29C64/165;C08L77/02;C08K3/04;C08L23/12;B33Y10/00;B33Y70/10
• 代理公司: 廣州嘉權(quán)專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44205
• 代理人: 劉方

本發(fā)明公開了一種梯度材料及其制備方法，梯度材料的制備方法，包括以下步驟：(1)鋪設(shè)并壓實基體粉末，對所述基體粉末預(yù)熱，所述預(yù)熱的溫度低于所述基體粉末的熔點；(2)取增強相材料制備形成增強相墨水，使用噴頭將所述增強相墨水噴墨打印至所述基體粉末上，形成單層噴墨粉層，并燒結(jié)成型；(3)重復(fù)步驟(1)和(2)，層層堆疊，制備出梯度材料；在重復(fù)過程中，所述增強相墨水的噴墨量在所述單層噴墨粉層中沿所述噴墨打印的打印移動方向遞增或遞減，或者所述增強相墨水的噴墨量沿所述梯度材料的厚度方向逐層遞增或遞減。本發(fā)明提供的制備方法通過控制增強相墨水的噴墨打印量即可實現(xiàn)梯度的制備，制備方式簡單，制備效率高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種梯度材料及其制備方法。

背景技術(shù)

梯度材料是一種新型材料，通過材料內(nèi)部成分或結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)梯度分布，使材料的性能也呈特定的梯度變化，滿足制件的特殊性能需求，適應(yīng)多重復(fù)雜的工作環(huán)境。

傳統(tǒng)的梯度材料的制備主要通過氣相沉積、粉末冶金、離心澆鑄等方法。由于需要經(jīng)過復(fù)雜的加工及裝配過程，這些傳統(tǒng)制備梯度材料的方法耗時長、成本高。增材制造技術(shù)，又被稱為3D打印技術(shù)，不同于傳統(tǒng)加工制備技術(shù)，它能在不使用模具的情況下快速地生產(chǎn)制件，已廣泛地被應(yīng)用在航空航天、醫(yī)療、建筑、原型開發(fā)等領(lǐng)域。現(xiàn)有采用3D打印制備梯度材料時，通常需要配置不同濃度梯度的材料，制備過程較為繁瑣、費時。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種梯度材料的制備方法，不需要專門配置不同濃度的溶液，制備過程簡單能夠快速制備得到梯度材料。

本發(fā)明還提出一種利用上述制備方法制得的梯度材料。

本發(fā)明的第一方面，提供一種梯度材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)鋪設(shè)并壓實基體粉末，對所述基體粉末預(yù)熱，所述預(yù)熱的溫度低于所述基體粉末的熔點；

(2)取增強相材料制備形成增強相墨水，使用噴頭將所述增強相墨水噴墨打印至所述基體粉末上，形成單層噴墨粉層，并燒結(jié)成型；

(3)重復(fù)步驟(1)和(2)，層層堆疊，制備出梯度材料；在重復(fù)過程中，所述增強相墨水的噴墨量在所述單層噴墨粉層中沿所述噴墨打印的噴頭移動方向遞增或遞減，或者沿所述梯度材料的厚度方向逐層遞增或遞減。

上述的“噴頭移動方向”是指在制備單層噴墨粉層時，噴頭沿著基體粉末進(jìn)行增強相墨水噴墨的移動方向。

在制備單層噴墨粉層時，增強相墨水的溶劑蒸發(fā)，溶質(zhì)均勻鋪在基體粉末形成的粉層表面，在100μs內(nèi)完成溶質(zhì)滲入，制備過程非常迅速。且由于溶劑蒸發(fā)，噴墨的飽和量遠(yuǎn)大于粉床自身的孔隙。后續(xù)燒結(jié)成型時，加熱熔池形成的局部流動，使得增強相材料能夠與基體粉末較均勻地混合，從而使得制備形成的單層噴墨粉層性能均勻，進(jìn)而保證最終梯度材料具有較好的性能。

根據(jù)本發(fā)明實施例的梯度材料的制備方法，至少具有如下有益效果：

本發(fā)明實施例提供了一種基于噴墨燒結(jié)技術(shù)制備梯度材料的方法，通過調(diào)整增強相墨水的噴墨量在單層噴墨粉層中遞增或遞減，實現(xiàn)了橫向梯度材料的制備，通過在逐層制備材料時調(diào)整增強相墨水的噴墨量在材料厚度方向上遞增或遞減，實現(xiàn)了縱向梯度材料的制備。本發(fā)明實施例通過在基體粉末形成的粉層上有選擇性地噴射增強相墨水，提高了被噴射墨水的基體粉末在燒結(jié)成型過程中對加熱源的吸收率，使被噴墨的粉末在熱源如紅外的照射下短時間內(nèi)升溫進(jìn)而燒結(jié)成型，而未被噴墨的粉末保持原始狀態(tài)，以此方式層層堆疊，最終快速制備出復(fù)雜形狀的梯度材料，梯度材料中增強相材料含量低的區(qū)域強度一般，增強相材料含量高的區(qū)域強度極好，能夠用于預(yù)測材料失效破壞的過程，適應(yīng)多重復(fù)雜的工作環(huán)境，能夠作為高強度材料與低強度材料的性能過渡層，減緩應(yīng)力集中。相較于其他制備方式，本發(fā)明實施例提供的制備方法通過控制增強相墨水的噴墨打印量即可實現(xiàn)梯度的制備，制備方式簡單，制備效率高。