[发明专利]一种碳化硅陶瓷制品及其无模成型方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料及其制备技术领域，尤其涉及一种碳化硅陶瓷制品及其无模成型方法。

背景技术

先进陶瓷材料具有轻质、高强、耐高温、耐腐蚀以及具有不同功能特性，而广泛应用于航空、航天、能源、电子等各个行业。近年来随着陶瓷研究的深入，国内外开发了一系列新型陶瓷成型工艺，如流延法、凝胶注模法、直接凝固注模法、冷凝成型法。该系列方法有效解决了先进陶瓷的成型问题，但是对于复杂形状陶瓷制品而言(所谓的复杂形状，是指所需陶瓷制品的形状、结构复杂、不规则)，该系列方法仍无法摆脱复杂模具设计，无法快速制造出各种复杂形状的陶瓷制品，进而无法满足目前先进陶瓷日益多元化的发展。

近年来，相关研究人员提出了通过无模成型工艺来制备各种复杂形状的陶瓷制品，以摆脱复杂模具的设计。现有的无模成型工艺主要有选域激光烧结法、3D打印法、熔融沉积法及分层制造法等；这些方法是一种基于“自下而上的生长型”的成型方法，通过计算机控制逐点逐面对陶瓷材料进行“三维堆砌”来获得制品。

但是，发明人发现采用上述选域激光烧结法、3D打印法、熔融沉积法及分层制造法制备出的陶瓷制品存在表面质量差、精度低、结构不均一及需要后期额外处理等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种碳化硅陶瓷制品无模成型方法，能制备出表面质量好、结构均一及各种复杂形状的碳化硅陶瓷制品。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：一种碳化硅陶瓷制品的无模成型方法，包括如下步骤：

将制备碳化硅陶瓷制品的原料混合球磨，制得原料料浆；其中，所述制备陶瓷制品的原料包括碳化硅、炭黑、分散剂、有机单体及水，且所述原料料浆中的固相含量为58-68vol％；

将引发体系加入至所述原料料浆中，混合均匀，得到陶瓷料浆；其中，所述引发体系包括引发剂和催化剂，所述引发剂的加入量为所述原料料浆质量的0.01-0.05％，所述催化剂的加入量与所述引发剂加入量之比为0.5-2；

对所述陶瓷料浆依次进行真空除气处理、注模成型、脱模干燥，制得陶瓷素坯；

对所述陶瓷素坯进行数控加工，加工成设定形状的陶瓷预制体；

将所述设定形状的陶瓷预制体在1500-1800℃的温度下进行烧结，得到碳化硅陶瓷制品。

前述的碳化硅陶瓷制品的无模成型方法，所述碳化硅的平均粒径为3-50μm；且所述碳化硅的加入量为所述原料料浆中固相体积的85-98vol％；

所述炭黑的平均粒径为3-20μm；且所述炭黑的加入量为所述原料料浆中固相体积的2-15vol％。

前述的碳化硅陶瓷制品的无模成型方法，所述分散剂为四甲基氢氧化铵和聚乙烯吡咯烷酮K30的混合物；

所述四甲基氢氧化铵的质量为所述碳化硅质量的0.5-2.0％；

所述聚乙烯吡咯烷酮K30的质量为所述炭黑质量的5.0-15.0％。

前述的碳化硅陶瓷制品的无模成型方法，所述有机单体为丙烯酰胺和N、N’-亚甲基双丙烯酰胺的混合物；

所述丙烯酰胺与所述水的体积比为20-30:100；

所述N、N’-亚甲基双丙烯酰胺为所述丙烯酰胺和N、N’-亚甲基双丙烯酰胺总质量的10-20％。

前述的碳化硅陶瓷制品的无模成型方法，所述引发剂为过硫酸铵；所述催化剂为亚硫酸氢钠。

前述的碳化硅陶瓷制品的无模成型方法，所述引发体系还包括缓聚剂；

所述缓聚剂为邻苯二酚，且所述邻苯二酚的加入量为原料料浆质量的0.02-0.40％。

前述的碳化硅陶瓷制品的无模成型方法，所述对所述陶瓷素坯进行数控加工，加工成设定形状的陶瓷预制体的步骤，具体包括：

利用三维造型软件建立设定形状的碳化硅陶瓷制品的实体模型；

采用CAM系统直接识别或调取所述实体模型的几何特征信息，并根据所述几何特征信息编制加工程序，再将所述加工程序转换为数控机床识别的NC程序代码；

数控机床根据NC程序代码对所述陶瓷素坯进行数据加工，将所述陶瓷素坯加工成设定形状的陶瓷预制体。

前述的碳化硅陶瓷制品的无模成型方法，所述数控机床的X轴进给速率、Y轴进给速率、Z轴进给速率均为0.1-500mm/min；

所述数控机床的Z轴的转速为2000-18000r/m。

前述的碳化硅陶瓷制品的无模成型方法，将所述加工成设定形状的陶瓷预制体放置在真空烧结炉中，在1500-1800℃下进行烧结处理，得到碳化硅陶瓷制品。