[发明专利]一种增材制造碳化硅陶瓷炉排及其制备方法

权利要求书

1.一种增材制造碳化硅陶瓷炉排，其特征在于：所述炉排的材质为碳化硅陶瓷或碳化硅陶瓷复合材料，其中碳化硅晶相占质量分数的70～99％，游离硅相占质量分数的0～30％，游离碳相占质量分数的0～10％，其它物相占质量分数的0～2％；其中所述的其它物相为B、Al、Fe中一种或多种元素的氧化物、氮化物或碳化物杂相及微量气孔。

2.根据权利要求1所述的一种增材制造碳化硅陶瓷炉排，其特征在于：所述碳化硅陶瓷炉排的密度为2.70～3.10g·cm^～3，其相对密度≥98％，其三点抗弯强度≥200MPa，其弹性模量≥250GPa，其维氏硬度Hv0.5≥2000，其极限使用温度为1600℃。

3.一种用于权利要求1所述的一种增材制造碳化硅陶瓷炉排的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)碳化硅陶瓷炉排结构性和功能性设计，绘制工程图纸并构建三维模型；

(2)碳化硅陶瓷炉排原料制备：碳化硅粉体的质量份数为10～95份；粘结剂的质量份数为1～50份；固化剂的质量份数为1～5份；碳源的质量份数为0～40份；助剂的质量份数为0～10份；溶剂的质量份数为剩余量，并将原材料投入混料机中混合均匀，得到混合浆料或混合粉料；

(3)碳化硅陶瓷炉排坯体制造：将步骤(1)所设计并构建的炉排三维模型输入增材制造设备中，将步骤(2)所述炉排原料装入增材制造设备料斗中，采用三维印刷技术、浆料挤出技术、浆料立体光刻技术、粉料激光固化技术或选域激光烧结技术中的其中一种制作所述碳化硅陶瓷炉排的坯体；

(4)碳化硅陶瓷炉排坯体预处理：将步骤(3)所述碳化硅陶瓷炉排坯体清理干净，采用烘制工艺和预烧工艺对碳化硅陶瓷炉排坯体进行预处理，得到预烧体；

(5)碳化硅陶瓷炉排终烧：将步骤(4)所述预烧体置于真空炉或气氛炉中，经过高温烧结处理得到碳化硅陶瓷炉排。

4.根据权利要求3所述的一种增材制造碳化硅陶瓷炉排的制备方法，其特征在于：

所述步骤(2)的粘结剂为环氧树脂、酚醛树脂、酚醛环氧树脂、呋喃树脂、脲醛树脂、聚氨酯、多硫醇、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯醇缩丁醛中的一种或多种组合；

所述步骤(2)的固化剂为水溶性溶胶、酸类、胺类、酸酐类或酯类固化剂的一种或多种组合；

所述步骤(2)的碳源为石墨类、无定形碳、纤维、多糖的一种或多种组合；

所述步骤(2)的助剂为烧结助剂、消泡剂、分散剂、光引发剂、光敏剂、稀释剂的一种或多种组合；

所述步骤(2)的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙酮、乙二醇、二甲苯、乙酸乙酯、石油醚的一种或多种组合。

5.根据权利要求3所述的一种增材制造碳化硅陶瓷炉排的制备方法，其特征在于：所述碳化硅粉体为粒径范围在0.1～300μm之间的碳化硅陶瓷颗粒。

6.根据权利要求3所述的一种增材制造碳化硅陶瓷炉排的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)的烘制工艺为将步骤(3)所述碳化硅陶瓷炉排的坯体转移至烘箱内，以0.5～10℃/min的升温速度至90～250℃，并保温0.5～5h。

7.根据权利要求3所述的一种增材制造碳化硅陶瓷炉排的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)的预烧工艺为将烘制后的碳化硅陶瓷炉排的坯体转移至预烧炉内，在Ar气氛下或N₂气氛下或真空环境下，以0.5～10℃/min的升温速度至700～1000℃，并保温0.5～5h。

8.根据权利要求3所述的一种增材制造碳化硅陶瓷炉排的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)的高温烧结处理为常压烧结，所述常压烧结为将碳化硅陶瓷炉排预烧体置于Ar气氛中、N₂气氛中或真空环境中，以0.5～10℃/min的升温速度至1800～2100℃，保温1～10h。