[发明专利]一种SiC陶瓷结构件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种SiC陶瓷结构件及其制备方法。该方法将SiC粉末、C粉和粘结剂粉末混合后通过SLS制备出陶瓷坯体，首先选择合适的颗粒级配混合均匀粉末后打印成型，通过冷等静压技术处理陶瓷坯体，使得陶瓷坯体中的粉末颗粒排列更为紧密，提高陶瓷坯体的致密度；再通过渗硅反应烧结，使得单质硅与单质碳颗粒在烧结过程中形成SiC，减少了试件中单质硅的存在，反应生成的SiC使得试件的致密度进一步提高，降低了试件的孔隙率，提升试件的力学性能；该方法首次在3D打印SiC陶瓷时，将C粉作为原料之一并调整C粉和SiC粉的颗粒级配，为后续的冷等静压和反应烧结做准备。通过本发明的方法制得的结构件密度为3.01～3.11g/cm3，弯曲强度为290～330MPa。

【技术领域】

本发明属于SiC陶瓷制备领域，涉及一种SiC陶瓷结构件及其制备方法。

【背景技术】

陶瓷具有优良力学性能、高的抗弯强度、优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗磨损性以及低的摩擦系数，而SiC陶瓷的高温力学性能强度、抗蠕变性等是已知陶瓷材料中最佳的。热压烧结、无压烧结、热等静压烧结的SiC陶瓷材料，其高温强度可一直维持到1600℃，是陶瓷材料中高温强度最好的材料。因而用该材料制造航天器可以说是物尽其用。

随着工业的发展，这些传统的工艺已经不能满足高科技产品的需求。3D打印快速成型技术是近年来快速发展的一种新型成型工艺，目前该工艺可应用在陶瓷成型中的主要有工艺熔融沉积制造(FDM)、选择性激光烧结技术(SLS)和立体光固化成型(SLA)技术，这些技术的应用结合后续烧结工艺大幅缩短了陶瓷构件的成型周期，解决了传统工艺无法克服的设计尺寸改变或者调整，将需要重新设计并制造模具；而制造模具成本较高、周期较长，制备的制品形状简单等一系列问题。

目前SLS成型的SiC陶瓷在渗硅反应烧结后虽然获得了较高的致密度，但制备的试件内部硅残留量较高，导致制备的结构件密度低力学性能差，弯曲强度较低，更无法在高温环境下应用。主要原因为SiC粉末在SLS成型脱脂后，内部孔隙率较高，使得在渗硅过程中，渗入试件内部的硅过量，反应烧结(RS)后硅残留较多，导致其力学性能下降；尽管覆膜法能降低试件打印脱脂后的孔隙率，但其降低幅度较小，周期较长，且费用高于干混法。因此需要一种制备方法制备出力学性能高，弯曲强度高的SiC陶瓷结构件。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种SiC陶瓷结构件及其制备方法。本发明通过在SLS/RS制备陶瓷的工艺中引入冷等静压(CIP)技术，提升了打印后SiC构件的致密度，同时在原材料中加入C粉并调整C粉和SiC粉的颗粒级配，降低了最终结构件内部残硅量，提升了其力学性能。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种SiC陶瓷结构件，所述SiC陶瓷结构件密度为3.01～3.11g/cm³，弯曲强度为290～330Mpa。

一种SiC陶瓷结构件制备方法，包括以下步骤：

S1、构建结构件的三维模型，将三维模型转换为STL格式文件；分层切片处理STL格式文件，得到分层厚度与层数；导出为SLC文件并导入3D打印机；

S2、通过混合机均匀混合SiC粉末、C粉和粘结剂粉末，得到混合均匀的陶瓷粉末；

S3、将步骤S2制得的均匀陶瓷粉末放入3D打印机的工作箱中，通过激光头打印制得陶瓷坯体；

S4、将步骤S3得到的陶瓷坯体冷却后套装包套或在坯体表面增设保护膜；冷等静压处理套有包套或保护膜的陶瓷坯体，得到冷等静压后的试件；

S5、将步骤S4得到的试件脱脂后渗硅反应烧结，得到高致密度的SiC陶瓷试件；

S6、通过打磨抛光或腐蚀处理步骤S5得到的SiC陶瓷试件表面，得到SiC陶瓷结构件。

本发明的进一步改进在于：