[發(fā)明專利]一種可控網絡陶瓷/金屬復合材料制備工藝

在審

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• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113172724A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設計）人: 沈理達;陳志鵬;焦晨;周凱;呂非;陸彬;張寒旭;葉昀
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B28B1/00
• 分類號: B28B1/00;C04B35/10;C04B35/46;C04B35/48;C04B35/622;C04B35/64;C04B41/88;B33Y10/00;B33Y70/10;B22D23/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發(fā)明公開了一種可控網絡陶瓷/金屬復合材料制備工藝，屬于特種材料技術領域，解決了常規(guī)3D打印制造只能成形一種材料且成形部件功能單一、性能有限的問題。本發(fā)明復合材料以氧化物陶瓷粉體和金屬為原料，利用光固化3D打印技術成型三維網絡陶瓷坯體，再經高溫脫脂燒結后制得致密陶瓷骨架，隨后與金屬一同裝進石墨坩堝放入真空壓力滲透設備中進行成型，最后沖入氬氣冷卻。本發(fā)明能夠實現陶瓷/金屬復合材料在三維尺度上的致密結合，通過對陶瓷骨架的整體外觀、晶格形狀與孔隙大小進行優(yōu)化設計，實現在不同應用背景下該材料都能夠有良好的力學性能，具有功能可設計性。

技術領域

本發(fā)明屬于特種材料技術領域，尤其涉及一種可控網絡陶瓷/金屬復合材料制備工藝。

背景技術

多功能、輕量化和高性能的特種材料一直以來都是工程建設、特種制造、軍事防護和航空航天領域關注的焦點。隨著科技不斷發(fā)展，這些特種材料的需求日益增大，它們的設計和制造近來引起了人們的廣泛關注。然而針對多樣化的需求，沒有任何一種單質材料能夠同時滿足，這就需要不斷發(fā)展和改進材料系統(tǒng)，以更好地組合方式將多種材料進行融合制造，使之同時具備多樣化的優(yōu)點，并盡量去除原材料的缺點。

近年來，3D打印技術的發(fā)展為我們提供了一種可定制化設計的思路，可以針對不同應用背景進行結構設計與優(yōu)化，提高材料應用的功能性和可靠性，大大提高了生產效率。但是3D打印技術多適用于單材料，因此需要一種新型的制造工藝將3D打印的優(yōu)勢發(fā)揮出來。

發(fā)明內容

本發(fā)明提供了一種可控網絡陶瓷/金屬復合材料制備工藝，利用陶瓷3D打印技術在三維尺度進行組分含量設計，從而使設計制造可用于不同應用背景的兼具陶瓷的高硬度與金屬的高韌性的優(yōu)異特種材料，解決了常規(guī)3D打印制造只能成形一種材料且成形部件功能單一、性能有限的問題。

為實現以上目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種可控網絡陶瓷/金屬復合材料制備工藝，包括以下步驟：

步驟1、建模：根據不同應用背景，進行三維網格建模；

步驟2、球磨混料：將氧化物類陶瓷粉體與添加劑、助燒劑混合后球磨得到混合陶瓷粉料；

步驟3、漿料制備：將步驟2得到的混合陶瓷粉料加入光敏樹脂和分散劑，混合均勻；

步驟4、坯體成型：將步驟1得到的模型文件導入光固化3D打印機，將步驟3得到的漿料用光固化成形的方法打印出三維網絡支架坯體；

步驟5、超聲清洗：將所述三維網絡支架坯體超聲清洗3~5min，去除表面粘結漿料；

步驟6、脫脂燒結：將步驟5清洗后的支架坯體脫脂燒結，隨爐冷卻到室溫后取出得到氧化物三維網絡陶瓷支架；

步驟7、真空壓力浸滲：將金屬坯體處理去除表面氧化層后與步驟6得到的氧化物三維網絡陶瓷支架一同放入真空壓力浸滲設備中，真空腔內氣壓保持0.1個標準大氣壓，將溫度加熱至金屬熔點之上5%保溫2min，使用石墨壓桿以2mm/s速度緩慢壓下直至滲透完畢；

步驟8、氬氣氛圍冷卻成型：步驟7真空壓力浸滲完成后，氬氣氣氛中冷卻成型得到網絡陶瓷/金屬復合材料。

以上所述步驟中，步驟2中所述氧化物類陶瓷粉體與添加劑、助燒劑的添加量質量比為90:8:2；所述氧化物類陶瓷包括氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯中的至少一種，粒徑為50nm~30um，所述添加劑為同種氧化物陶瓷納米粉末，增加添加劑是為了重構陶瓷粉末粒徑分布曲線，用于填充大粒徑陶瓷顆粒間縫隙，增加燒結成品致密度；

步驟3中混合陶瓷粉料與光敏樹脂質量比為(2.5：1)~(3.5：1)，分散劑添加量為漿料總體質量的3%~5%；

步驟4中使用光固化3D打印機時的參數為：光強為8000~10000uw/cm²，曝光時間為8~12s，底部加強層數為3~5層，底部加強光強為3~5倍，光固化打印層厚為0.05~0.08mm；