[发明专利]一种碳化硅陶瓷的增材制造方法

说明书

本发明涉一种碳化硅陶瓷的增材制造方法，包括：将需要打印的陶瓷零件模型进行分层，确定每层需要粘结的区域；在工作托盘上铺放一层陶瓷粉末；使用喷嘴将热固性树脂粘接剂喷在该层需要粘结的区域，所述的热固性树脂粘接剂包括环氧树脂单体和硬化剂；使用加热装置加热该层陶瓷粉末上的热固性树脂粘接剂，使其发生热固化交联聚合反应，将该层陶瓷粉末粘结；逐层打印，直到形成完整的陶瓷坯体；将陶瓷坯体清洗干净；将清洗干净后的陶瓷坯体放入烧结炉中煅烧，方法如下：加热至140℃，保温3小时；再在空气环境下加热至700℃，保温5小时；最后在惰性气体环境下加热至2020℃，保温10小时，烧结成固体陶瓷零件成品。

技术领域

本发明涉及一种陶瓷材料的成型方法，尤其涉及一种基于附加制造技术，即三维物品制造技术的陶瓷材料增材制造方法。

背景技术

陶瓷材料具有低密度、高硬度、高耐热、高耐磨等优点，在广泛的工业领域中具有极好的应用前景，如隔热、耐热材料，陶瓷轴承等。传统的陶瓷材料成型方法，是将陶瓷原材料，一般是粉体或者浆体放入模具进行高温烧结形成毛坯，再使用机械切削、磨削的方法进行精加工，从而获得最终的产品。但是由于陶瓷材料高熔点、硬脆难加工的特性，传统成型方法需要使用昂贵的模具和机加工刀具、磨具，生产工艺复杂，加工周期长。

增材制造技术使用逐层附加制造的思想，将所要制造的零件模型使用计算机程序进行分层处理，得到一层层需要打印的二维图形，再通过3D打印机逐层打印、堆叠这些二维图形，最终形成三维零件实体。这种材料制造技术可以避免使用模具以及后续的机械加工过程，从而实现零件的快速制造。

目前已经有若干公开的陶瓷材料增材制造方法，与本申请有一定相关性的主要有：

美国专利5,204,055采用预先制备的陶瓷粉末一层层铺在工作台上，并逐层使用喷射头将粘接剂喷射到选定区域，使该区域的粉末粘结，这样逐层堆积，最终形成零件成品。这种技术不包含陶瓷的固相烧结，只靠粘接剂实现材料粉末间的固定，因此最终零件的强度很低。

美国专利US 8,568,649 B1在前者的基础上，使用聚乙烯醇作为粘接剂，并在陶瓷粉末粘结成型后，再将其进行高温烧结。一方面利用高温去除材料中的粘接剂成分；另一方面使陶瓷粉末发生高温固相反应，形成固结的实体，从而相比前者提高零件强度。但是，由于聚乙烯醇分子量很大(该专利优选的分子量为9,000至10,000)，很难渗入微小的陶瓷粉末间隙之中。因此陶瓷粉末粒径必须足够大，以提供充足的间隙使粘接剂能够渗入。这样，最终的材料成品内部含有很多孔隙，相当于材料内部的初始裂纹和集中应力点，降低了材料强度和零件的可靠性。

中国专利CN 105601287 A、CN 03935036 A等公开了一些使用光固化粘接剂进行陶瓷粉末粘结，从而实现三维制造的技术方法。这些方法使用硅酸钠、氟硅酸镁等作为固化剂，六氟磷酸盐、6-异丙苯茂铁等作为引发剂。这类粘接剂可以经过紫外线照射固化，形成硅氧、硅氟等化学键，从而实现陶瓷粉末的粘结。其缺点是引入了异于陶瓷颗粒成分的杂质元素，如钠、氟、磷、铁等，从而阻碍了陶瓷颗粒的固相结晶反应，进而削弱材质强度，或者造成其他方面使用性能的下降。

发明内容

本发明提出一种实现高致密、高强度碳化硅陶瓷的增材制造方法。本发明采用如下技术方案：

一种碳化硅陶瓷的增材制造方法，包括下列的步骤：

1)将需要打印的陶瓷零件模型进行分层，确定每层需要粘结的区域，并生成控制程序。

2)在工作托盘上铺放一层碳化硅陶瓷粉末；

3)使用喷嘴将热固性树脂粘接剂喷在该层需要粘结的区域，所述的热固性树脂粘接剂包括环氧树脂单体和硬化剂；

4)使用加热装置加热该层陶瓷粉末上的热固性树脂粘接剂，使其发生热固化交联聚合反应，将该层陶瓷粉末粘结；