[发明专利]一种3D打印制备碳/碳复合材料方法

说明书

一种3D打印的碳/碳复合材料制备方法，将所述的碳纤维经刻蚀溶液刻蚀处理后，与用于溶解热固性树脂的溶剂混合得到固液混合物；将所述的热固性树脂与固化剂充分混合得到固体混合物；将所述的固液混合物、固体混合物分别加入反应容器中，搅拌溶解固体混合物后，然后将反应容器中的混合物干燥得到混合物块体破碎；将制备好的原料倒入3D打印机送粉缸中进行碳/碳复合材料生坯3D打印；将所得碳/碳复合材料生坯置于热处理炉中进行固化、碳化和增密处理得到碳/碳复合材料。该方法所制备的碳/碳复合材料具有力学性能优良和工艺成型性能，使碳/碳复合材料的应用拓展到更为精密、复杂的结构领域。

技术领域

本发明涉及一种基于3D打印技术的碳/碳复合材料制备方法。

背景技术

碳/碳复合材料是碳纤维及其碳基体复合材料，具有低密度(<2.0g/cm3)、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，是如今在1650℃以上应用的少数备选材料，最高理论温度更高达3000℃，因此被认为是最有发展前途的高温材料之一。该材料现有的较为成熟的制备方法主要有1.长纤维预制体编织，而且此种方法已经在实际生产应用中已较为成熟，但是这种方法存在着制备工艺复杂和难于制备复杂件的缺点。2.模压成形，此种方法只适合批量生产零件且存在着磨具制备工艺复杂的缺点。

3D打印技术是一种广泛应用的快速成型技术，其生产技术原理为：首先通过计算机建立目标生产零件的三维数据模型，然后通过对应的三维分层技术对三维模型进行切片处理，从而得到一个以切面为单元的数据信息组合，在计算机的控制下，通过单元切面的对应数据，对可熔性粉末材料进行逐层激光烧结，最终完成相应复杂零件的加工制造。目前，3D打印已经应用于金属，树脂，陶瓷等材料复杂零件的制备。

但是目前现有技术中碳纤维和热解碳之间的结合属于机械结合不适合3D打印，且3D打印复合材料力学性能都存在着力学性能有待提升的问题。因此，寻找一种制备方法简单方便且可以有效用于3D打印制备碳/碳复合材料的制备方法，且可以提升打印出的碳/碳复合材料的力学性能是本领域的技术人员所需要解决的一个难题。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种3D打印技术的碳/碳复合材料制备方法，该方法所制备的碳/碳复合材料具有力学性能优良和工艺成型性能，使碳/碳复合材料的应用拓展到更为精密、复杂的结构领域。

一种3D打印的碳/碳复合材料制备方法，该方法包括以下步骤：

⑴原料制备：取热固性树脂、碳纤维、固化剂和流动助剂备用；当碳/碳复合材料生坯的质量份数为100份时，碳纤维质量份数为30‐70份，所述碳纤维的直径为3μm～15μm，长度为200μm～600μm；将所述的碳纤维经刻蚀溶液刻蚀处理后，与用于溶解热固性树脂的溶剂混合得到固液混合物；将所述的热固性树脂与固化剂充分混合得到固体混合物；将所述的固液混合物、固体混合物分别加入反应容器中，搅拌溶解固体混合物后，然后将反应容器中的混合物干燥得到混合物块体破碎为粒径为10μm～600μm原料；

⑵生坯打印：将步骤⑴中制备好的打印原料倒入3D打印机送粉缸中，导入零部件三维立体图形，然后用分层软件将三维模型进行切片处理，得到零部件每一个加工层面的数据信息，调节好计算机相应打印过程控制参数，最终完成碳/碳复合材料生坯制备；

⑶固化、碳化和和增密：将步骤⑵所得碳/碳复合材料生坯置于热处理炉中进行固化、碳化和增密处理得到碳/碳复合材料。

本发明的通过对3D打印碳/碳复合材料原料中的碳纤维进行刻蚀处理后，将热固性树脂溶解后再析出包覆刻蚀后的碳纤维，从而可实现碳纤维与树脂间的更强结合，提高3D打印碳/碳复合材料的力学性能。同时，用本发明的用于3D打印碳/碳复合材料的粉末材料所制备的碳/碳复合材料具有加工步骤简单和可制备构复杂件的优势，使碳/碳复合材料的应用拓宽到更为精密、复杂的结构领域。