[发明专利]基于3D打印的低温共烧陶瓷超硬磨料聚合体的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印的低温共烧陶瓷超硬磨料聚合体的制备方法，属于增材制造和超硬材料制备领域，该方法为：步骤一、制备3D打印成型的低温共烧陶瓷结合剂；步骤二、将低温共烧陶瓷结合剂、超硬磨料和粘接剂混合，置于3D打印设备中成型，得待烧聚合体；步骤三、将得到的待烧聚合体，置于700~1000℃环境下，升温速率2~20℃/min，保温0.5~3h，制备得到基于3D打印成型的低温共烧陶瓷结合剂超硬磨料聚合体。低温共烧陶瓷结合剂可与超硬磨料形成可靠连接，提高结合强度，其中微晶玻璃经高温熔炼而成，烧结过程中低温共烧陶瓷中的微晶玻璃可渗透于陶瓷颗粒和超硬磨料颗粒之间的缝隙，从而提高所制备聚合体的致密程度。

技术领域

本发明涉及基于3D打印的低温共烧陶瓷超硬磨料聚合体的制备方法，属于增材制造和超硬材料制备领域。

背景技术

航空航天、国防军工和高端装备制造领域，因其行业属性特殊，其所涉及的材料往往需要满足高硬度、高耐磨性和可靠的连接强度等要求。金刚石具有超高硬度，因而耐磨损性能卓越。与金刚石相比，立方氮化硼(CBN)是人工合成的新型超硬材料，与黑色金属的亲和力小，因而有比金刚石更加宽泛的加工适用范围。金刚石和CBN在已知超硬材料中应用最为广泛。

陶瓷材料具有硬度高、耐磨损、化学惰性好等特点，在航空航天、电子信息、生物制药和机械制造等领域，均得到了广泛的应用。传统结构陶瓷的烧制温度均在1200℃以上，为了防止金刚石和CBN发生相变，超硬磨料与低温陶瓷组成复合材料是目前的研究热点之一。

鉴于应用于特殊领域的核心部件的特殊公用，不仅需要满足高硬度、高耐磨性和可靠的连接强度，还需要成型为复杂空间结构件，这对传统加工方式提出了巨大挑战。3D打印技术依靠“离散-堆积”原理为依据，以粉末为原料，从无到有实现复杂结构零件的成型，大大提高了复杂空间结构件的成型问题。在3D打印陶瓷材料时，成品往往出现孔隙率高、结构强度差等问题。这不利于超硬磨料陶瓷复合材料的力学性能。

目前，在增材制造领域内，超硬磨料低温共烧陶瓷结合剂与超硬磨料结合的相关研究报道还属于本技术领域中的空白领域。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的问题，公开了一种基于3D打印的低温共烧陶瓷超硬磨料聚合体的制备方法，本发明的方法通过简单的方法即可将低温共烧陶瓷结合剂与超硬磨料制备成聚合体，该聚合体经3D打印后，可实现复杂空间结构件的快速成型，解决了航空航天、国防军工和高端装备制造领域中的核心零部件往往具有复杂的空间结构和高硬度、高耐磨和高连接强度的技术缺陷。

本发明是这样实现的：

一种基于3D打印的低温共烧陶瓷超硬磨料聚合体的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为：

步骤一、制备3D打印成型的低温共烧陶瓷结合剂：将微晶玻璃料粉末和陶瓷粉末按比例混合，以无水乙醇为介质，球磨1～12h，经干燥和过筛后，得用于3D打印成型的低温共烧陶瓷结合剂；

步骤二、将低温共烧陶瓷结合剂、超硬磨料和粘接剂按照40:100:10比例混合，置于3D打印设备中成型，得待烧聚合体；

步骤三、将得到的待烧聚合体，置于700～1000℃环境下，升温速率2～20℃/min，保温0.5～3h，制备得到基于3D打印成型的低温共烧陶瓷结合剂超硬磨料聚合体。

进一步，所述的步骤一的具体步骤为：

1.1、按比例称量的微晶玻璃原料并混合均匀，球磨1～12h，置于1200～1500℃环境下熔炼0.5～4h，经水淬、干燥、破碎后，球磨1～12h，得微晶玻璃粉末；

1.2、按比例称量的陶瓷原料并混合均匀，球磨1～12h，得陶瓷粉末；