[发明专利]基于3D成型技术制备多孔SiC陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔SiC陶瓷的制备工艺，特别是涉及一种基于3D成型技术制备多孔SiC陶瓷的方法。

背景技术

多孔陶瓷是具有贯通的开气孔或内部具有闭气孔的陶瓷材料。多孔陶瓷在具有高孔隙率的同时其也具备一定的力学性能。其具备大的比表面积，可用于高温和化学腐蚀的环境，化学稳定性、耐磨损性和机械强度较高。非氧化物陶瓷的高温稳定性和机械强度更好，其中碳化硅是一种共价键结合的化合物，稳定性极高。多孔碳化硅陶瓷材料同时具有碳化硅陶瓷和多孔陶瓷的优势，具有机械强度高，耐磨性好，化学稳定性强，孔隙率高，比表面积大的特性。

传统制备多孔陶瓷的工艺有很多，造孔工艺有添加造孔剂法、有机泡沫浸渍法、发泡法和溶胶-凝胶法等，成型工艺有挤压成型法、等静压成型法、注射成型法和凝胶注模法等，但成本过高、生产周期长等条件不利于快速陶瓷的发展，因此提升制造工艺对于多孔陶瓷的产业化有着很重要的推进作用。

选择性激光烧结技术(SLS)通过计算机辅助设计与制造，基于“单层烧结，层层叠加”的原理，将粉末材料直接成形任意复杂结构三维实体零件，它是增材制造领域中极具发展潜力的技术之一。与传统的制备工艺相比较，其具有很多突出的优点：(1)生产周期短，制造成本低，适用于新产品的测试环节以及成型复杂形状陶瓷零件；(2)可按图纸直接制造零件，无需模具、刀具等后续机械加工；(3)应用领域广泛，具有无可比拟的潜力；(4)与其它快速制造方法相比，SLS最突出的优点在于它所使用的成形材料种类十分广泛；(5)制备要求低，可与传统制备工艺相结合，发挥更好的作用。目前，SLS成形的材料主要有高分子、陶瓷、金属粉末和它们的复合粉末。

然而，目前对SLS技术的研究还处于初步阶段，利用SLS技术直接制造的陶瓷零件孔隙率很低，孔隙率在45％～60％之间，不能达到多孔陶瓷的使用要求，导致SLS技术制备多孔陶瓷并未得到很好的应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前选择性激光烧结技术(SLS技术)制备多孔SiC陶瓷时，成型件孔隙率低的问题，提供了基于3D成型技术制备多孔SiC陶瓷的方法。

本发明基于3D成型技术制备多孔SiC陶瓷的方法，是按以下步骤进行：

一、绘制多孔SiC陶瓷的三维模型，然后将其转换为STL格式文件；

二、将STL格式文件导入SLS成型机，设定扫描速度为1000mm/s～2000mm/s，每层厚度为0.05mm～0.2mm，预热温度为40～70℃，然后利用计算机分层切片软件将模型处理成设定厚度的薄片；

三、在混料机中倒入SiC粉末、粘结剂粉末和造孔剂，进行混粉，得到混合均匀的复合粉末；

四、将复合粉末加入到SLS成型机的工作缸中，利用滚轴将粉末铺平，静置30min，然后将工作缸加热到步骤二设定的预热温度，开始加工，激光烧结，送粉缸送粉铺粉，然后逐层烧结，制得陶瓷坯体；

五、打开SLS成型机的工作箱门，取出后清除多余粉末，在室温环境下将陶瓷坯体静置冷却，得到初始形坯；

六、制作初始形坯的CIP包套，对其进行包套，然后进行冷等静压致密化处理，得到处理后的陶瓷坯体；

七、将处理后的陶瓷坯体放入真空烧结炉中，进行脱脂预烧结，得到多孔SiC陶瓷；

八、将多孔SiC陶瓷在有氧环境下进行烧结，得到多孔SiC陶瓷。

本发明的有益效果：

本发明设计了一种添加造孔剂法结合SLS技术制备多孔SiC陶瓷的方法，本发明操作简便，成型速度快，原料利用率高，通过添加造孔剂提高多孔SiC陶瓷的孔隙率，最终成型件的孔隙率为70％～80％，且具备一定的强度。该种方法可制备复杂形状的零件，同时满足高孔隙率和强度的要求，所制备的多孔SiC陶瓷可在实际的不同领域中应用。

附图说明

图1是本发明的成型原理模型图；其中a为SiC、b为粘结剂、c为炭黑。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式基于3D成型技术制备多孔SiC陶瓷的方法，是按以下步骤进行：

一、绘制多孔SiC陶瓷的三维模型，然后将其转换为STL格式文件；

二、将STL格式文件导入SLS成型机，设定扫描速度为1000mm/s～2000mm/s，每层厚度为0.05mm～0.2mm，预热温度为40～70℃，然后利用计算机分层切片软件将模型处理成设定厚度的薄片；