[發明專利]一種光固化3D打印改性陶瓷型芯及其制備方法

有效

• 申請號: 202111364392.6
• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114105621B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 梁靜靜;李喬磊;李金國;周亦胄;孫曉峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B22C9/10
• 分類號: B22C9/10;C04B35/18;C04B35/117;C04B35/14;C04B35/622;C04B35/638;C04B35/64;B33Y70/10;B33Y10/00;C04B41/87;C04B41/85
• 代理公司: 北京煦潤律師事務所 11522
• 代理人: 梁永芳

本發明關于一種光固化3D打印改性陶瓷型芯及其制備方法，其中，所述制備方法，包括如下步驟：將強化劑、礦化劑、液相添加劑、光固化樹脂預混液配制成光固化3D打印陶瓷型芯漿料；通過光固化3D打印設備對光固化3D打印陶瓷型芯漿料進行光固化處理，得到光固化3D打印陶瓷素坯；對光固化3D打印陶瓷型芯素坯進行脫脂、燒結處理，得到光固化3D打印陶瓷型芯本體；至少部分液相添加劑在脫脂、燒結處理步驟中轉化成晶態氧化物陶瓷、非晶態氧化物陶瓷及非晶態非氧化物陶瓷；對光固化3D打印陶瓷型芯本體進行浸漬處理、后處理，得到光固化3D打印改性陶瓷型芯。本發明能減少陶瓷型芯的微裂紋，提高陶瓷型芯的強度。

技術領域

本發明涉及一種增材制造材料技術領域，特別是涉及一種光固化3D打印改性陶瓷型芯及其制備方法。

背景技術

陶瓷材料具有高溫服役環境下硬度高、強度大等優點被廣泛運用于航空航天、醫療、化工等行業，但陶瓷材料存在脆性較大、容易在制備陶瓷產品的過程中產生細小裂紋。該細小裂紋的產生會極大的影響陶瓷材料的強度，所以在預防或修復的制備過程中產生的細小裂紋是提高陶瓷產品強度較為有效的方式。

其中，陶瓷型芯產品是一種要求非常嚴苛的陶瓷制品、要求材料在具有較高孔隙率的同時還需要足夠的強度，同時還需要保證燒成后具有較高的精度。

傳統的陶瓷型芯使用熱壓注的方式對其進行制備，但該工藝需要大量的工裝費用，且存在工藝周期長、工序多等缺點。隨著渦輪發動機空心葉片的內部流道越來越復雜，傳統熱壓注工藝面臨著巨大的挑戰。近年來光固化3D打印陶瓷技術逐漸成熟，利用樹脂模型逐層成型，轉化為三維實體，具有無需工裝模具、制備周期短的特點，被廣泛運用于復雜結構的陶瓷型芯制備。但是，一直限制光固化3D打印技術在陶瓷型芯技術領域更廣泛運用的是陶瓷材料的本征脆性問題，光固化3D打印素坯在脫脂-燒結的過程中會出現大量細小的裂紋，導致在保證陶瓷型芯開孔隙率的基礎上，使得陶瓷型芯的強度顯著下降。另外，光固化3D打印陶瓷型芯在脫脂-燒結過程中的增韌問題是拓寬光固化3D打印技術在陶瓷型芯運用領域亟需解決的問題。

現階段，為了解決光固化3D打印陶瓷型芯存在大量細小裂紋而導致強度低的問題，有大量研究系統的探索了脫脂-燒結溫度、氣氛、升溫和降溫速率等對陶瓷型芯的力學性能的影響，但該方法對陶瓷型芯的力學性能調控是十分有限的。例如，鋁基陶瓷型芯，氧化鋁在脫脂和燒結過程中是比較穩定的，不會發生明顯的相變和化學反應，脫脂速率會對其裂紋產生一定的影響，但燒結參數對其影響并不是十分明顯。因此，需要探索一種新的方法，來預防或修復陶瓷型芯在脫脂-燒結過程中產生的細小裂紋，以提高陶瓷型芯的強度。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種光固化3D打印改性陶瓷型芯及其制備方法，主要目的在于減少陶瓷型芯的微裂紋，提高陶瓷型芯的強度。

為達到上述目的，本發明主要提供如下技術方案：

一方面，本發明實施例提供一種光固化3D打印改性陶瓷型芯的制備方法，其包括如下步驟：

配制光固化3D打印陶瓷型芯漿料步驟：將強化劑、礦化劑、液相添加劑、光固化樹脂預混液配制成光固化3D打印陶瓷型芯漿料；

光固化3D打印處理步驟：通過光固化3D打印設備對所述光固化3D打印陶瓷型芯漿料進行光固化處理，得到光固化3D打印陶瓷型芯素坯；

脫脂、燒結處理步驟：對所述光固化3D打印陶瓷型芯素坯進行脫脂、燒結處理，得到光固化3D打印陶瓷型芯本體；其中，至少部分所述液相添加劑在所述脫脂、燒結處理步驟中轉化成晶態氧化物陶瓷、非晶態氧化物陶瓷及非晶態非氧化物陶瓷；

浸漬、后處理步驟：對所述光固化3D打印陶瓷型芯本體進行浸漬處理、后處理，得到光固化3D打印改性陶瓷型芯；其中，采用浸漬強化液對所述光固化3D打印陶瓷型芯本體進行浸漬處理；其中，所述浸漬強化液為硅溶膠溶液、鋁溶膠溶液、釔溶膠溶液、硅酸乙酯溶液中的一種或幾種。