[发明专利]一种3D打印氮化硅陶瓷的方法

说明书

本发明提供了一种3D打印氮化硅陶瓷的方法，本发明采用3D打印技术，不仅可以制备复杂形状的氮化硅陶瓷零件，并且利用打印过程中的双层刮刀成型技术，可使β相氮化硅取向排布，经脱脂烧结后，可获得具有复杂形状的织构化氮化硅陶瓷。所制备的氮化硅零件具有优异的可靠性、力学性能、热学性能、耐磨性等。本发明将提供一种新的制备方法，解决氮化硅陶瓷的成型问题，且提高材料性能，降低成本。本发明提供的制备方法将促进氮化硅陶瓷在医疗、化工、电子、航空航天等领域的应用。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印氮化硅陶瓷的方法。

背景技术

氮化硅陶瓷是一种极具应用潜力的工程陶瓷，其优异的力学性能、生物兼容性、高温性能、抗腐蚀和高耐磨性，使其在工业领域发挥着独特的作用。随着原材料制备、烧结、成型及加工工艺的发展，氮化硅陶瓷的应用领域逐渐拓宽，现在主要在应用电子器件、机械加工、金属冶炼、人造骨头等行业中。

目前主要制备复杂形状的氮化硅零件主要采用机械加工、等静压成型、凝胶注模、注模成型等方法。然而其加工成本极高，并且难以制备具有一定弧度、镂空结构等复杂形状的零件，严重制约了氮化硅陶瓷在各个领域的应用。

氮化硅陶瓷本质是一种脆性材料，其可靠性很低，韦伯系数通常低于15，导致很难在航空航天、医学等高精尖领域的应用。织构化技术是一种可以获得高可靠性氮化硅陶瓷的方法。通常织构化技术有：模板晶粒法、热锻法、强磁场法、热压流动烧结法等。日本学者Hirao等人利用模板晶粒法制备的氮化硅陶瓷韦伯系数高达46，极大的提高了可靠性。然而现有的织构化方法无法制备复杂形状的氮化硅零件，而且成本极高，可应用性很低，一般只用于科学研究。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种3D打印氮化硅陶瓷的方法，本发明采用3D打印技术提高了氮化硅陶瓷的力学性能、热学性能及可靠性，并且可以制备复杂形状的氮化硅零件。

本发明提供了一种3D打印氮化硅陶瓷的方法，包括以下步骤：

A)浆料的制备：

将α相氮化硅粉体、β相氮化硅粉体和烧结助剂混合并干燥后，进行粉碎过筛，得到混合粉体；

将所述混合粉体、光固化树脂、光引发剂和分散剂混合，得到浆料；

B)成型：

b1)零件3D模型输入计算机中，采用软件进行切片，获得单层打印数据；

b2)利用刮刀获得平整的单层固化平面，通过计算机控制平台运动，固化光源选择性固化浆料平面，获得单层固化形状；

b3)在所述单层固化形状表面重复步骤b2)，逐层叠加，得到所需形状的坯体；

所述刮刀为双层刮刀结构，第一层刮刀为齿状刮刀，第二层刮刀为平面刮刀；

C)后处理：

将所述坯体经过脱脂和烧结，得到氮化硅陶瓷。

优选的，所述浆料由以下质量份的原料制备而成：

α相氮化硅粉体0～90份，β相氮化硅2～90份，烧结助剂1～15份，光固化树脂50～150份，光引发剂0.5～5份和分散剂0.5～5份。

优选的，所述光固化树脂为在紫外光或者可见光照射下发生固化，

优选的，所述β相氮化硅直径为0.2～1.5μm，长径比为1～10。

优选的，所述烧结助剂选自金属氧化物和稀土氧化物的中的一种或多种。

优选的，所述光引发剂选自巴斯夫819，所述分散剂选自BYK9077。