[发明专利]一种具有三级孔隙的陶瓷基复合材料零件的制造方法

说明书

本发明涉及一种具有三级孔隙的陶瓷基复合材料零件的制造方法，先制作两端开口的零件树脂外壳；通过有机单体、交联剂、碳纤维和陶瓷粉末配制悬浮浆料并向零件树脂外壳中完成浇注，通过设置温度场使得悬浮浆料中的溶剂沿着温度梯度的方向冷却凝固定向结晶，悬浮浆料完全凝固后去壳进行真空冷冻干燥，再在800～1200℃的真空条件下保温，去除有机物，得到陶瓷零件多孔体；使用CVD/CVI方法在陶瓷零件多孔体内部碳纤维表面上沉积SiC界面层；在含氧气氛下，烧除陶瓷零件多孔体内部的碳纤维，得到具有三级孔隙的陶瓷基复合材料零件。本发明结合快速成形技术和凝胶注模技术，制得孔隙均匀且有一定排布方向的多孔结构材料。

技术领域

本发明涉及陶瓷零件制造领域，具体涉及一种具有三级孔隙的陶瓷基复合材料零件的制造方法。

背景技术

以SiC为代表的具有多级孔隙的陶瓷基复合材料具有耐强酸和耐高温性，可制作成满足高温、强酸等恶劣条件的过滤器件。在焦炉煤气和汽车尾气等干式除尘领域也具有广阔的应用前景。

具有多级孔隙的陶瓷基复合材料比表面积高、多孔、耐高温以及高硬度高强度等特性使之成为催化剂的良好载体。除此之外，陶瓷基复合材料稳定的化学性质，也是作为催化剂载体的巨大优势。

利用具有多级孔隙的陶瓷基复合材料当中闭孔的隔热作用可以做成隔热材料和换热器隔热材料，充分利用其孔隙度大、热交换面积大，同时耐热耐蚀不污染等特性。

声波在进入这种具有多级孔隙的陶瓷基复合材料的内部时，由于空气的粘滞性以及材料固有的阻尼特性，使声能不断损耗，起到吸收声能的作用。其中SiC基多孔陶瓷具有良好的微波吸收特性，是一种非常有前途的吸波材料。

目前的多孔陶瓷材料的制备方法中，添加造孔剂的方法制作的气孔分布均匀性较差，有机泡沫浸渍法不能制造小孔径的孔隙。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种具有三级孔隙的陶瓷基复合材料零件的制造方法，能够生成分布较均匀的三级孔隙，并控制孔隙的排布方向。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括以下步骤：

1)建立零件三维模型，然后通过SLA光固化成型技术，根据零件三维模型制作两端开口的零件树脂外壳；

2)通过有机单体、交联剂、碳纤维和陶瓷粉末配制悬浮浆料并向零件树脂外壳中完成浇注，通过设置温度场使得悬浮浆料中的溶剂沿着温度梯度的方向冷却凝固定向结晶，悬浮浆料完全凝固后去壳得到零件素坯；

3)对零件素坯进行真空冷冻干燥，得到具有第一级定向孔隙的零件素坯；

4)在800～1200℃的真空条件下保温，去除具有定向孔隙的零件素坯内部的有机物，产生第三级空隙，得到陶瓷零件多孔体；

5)使用化学气相沉积/渗透的方法在陶瓷零件多孔体内部碳纤维表面上沉积SiC界面层；

6)在含氧氛围下，烧除沉积有SiC界面层的陶瓷零件多孔体内部的碳纤维，产生第二级孔隙，得到具有三级孔隙的陶瓷基复合材料零件。

进一步地，步骤2)中，悬浮浆料的配制过程包括：

2011、将有机单体丙烯酰胺和交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺，按照质量比为(5～25):1混合，并配制成质量分数为15％～25％的水基预混液；

2012、将陶瓷粉末和碳纤维加入水基预混液中，得到陶瓷浆料，并加入分散剂，得到预混浆料；其中，陶瓷浆料中陶瓷粉末和碳纤维的固含量为10～45％，碳纤维的加入量占陶瓷浆料总质量的5～25％；分散剂的添加量为陶瓷粉末和碳纤维总质量的1～2％；

2013、将预混浆料搅拌均匀，得到固相颗粒分散均匀的悬浮浆料。