[发明专利]一种复杂形状陶瓷基复合材料零件及其制备方法

说明书

本发明属于先进复合材料制备研究领域，特别提供一种复杂形状陶瓷基复合材料零件及其制备方法。该方法首先将陶瓷粉末和硬质合金粉末按照比例均匀混合，在混合粉末表面包覆均匀的乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物层，得到改性粉末；然后，将改性粉末均匀地分散在乙醇溶液中，加入苯乙烯、引发剂、石蜡，加热搅拌均匀，烘干研磨过筛后得到PS/EVA双覆膜粉末，采用悬浮式整形对双覆膜粉末进行整形处理；进行低温打印，得到具有复杂形状打印坯体，通过脱脂和烧结获得具有复杂形状的硬质合金增强陶瓷基复合材料零件。本发明有益效果是：本发明的方法为制备复杂形状的陶瓷基复合材料零件提供了可能，具有设计灵活、近净成形、低成本制备较大尺寸零件等优点。

技术领域

本发明属于先进复合材料制备研究领域，特别提供了一种复杂形状陶瓷基复合材料零件及其制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷具有低密度、高强度、耐高温、热膨胀系数小和抗热震性等特点，被认为是理想的结构材料之一，目前已经被广泛应用于现代国防、核能等领域。但由于C和Si原子键之间的共价性强，导致碳化硅陶瓷材料脆性大、韧性低和抗冲击性能差等，严重的限制了它的应用范围。在碳化硅陶瓷中引入第二相颗粒可以达到增强韧性的目的，引入的第二相颗粒通常是已经制备完成的增强相。第二相增韧陶瓷可以有效改善陶瓷基体的机械性能，并且制备成本较低、工艺较为简单，因此，对碳化硅陶瓷材料的补强增韧刻不容缓。

增材制造(3D打印)技术作为新兴技术，结合计算机数字化模拟和控制，对材料进行逐层累加，从而实现三维复杂结构零件的制造。相比传统的减材制造技术，增材制造技术实现了零件的快速制造，具有制造周期短、近净成形、材料利用率高、自动化程度高等优点，非常适合制造单件或小批量的较大尺寸零件。相对于其他增材制造技术，选择性激光烧结技术具有成形材料选择多、制造工艺简单、无需设计和构建支撑、材料利用率高等优势，因此被广泛地应用在制备不同用途的烧结件上，包括功能零件、模具等。

发明内容

本发明旨在开发一种复杂形状陶瓷基复合材料零件及其制备方法，制备得到的合金零件具有高精度、高致密度、烧结变形小、机械性能优异等优点。

本发明首先将陶瓷粉末和合金粉末按照一定的比例均匀混合，在混合粉末表面包覆一层均匀的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物得到改性粉末，在改性粉末表面再包覆一层聚苯乙烯得到PS/EVA双覆膜粉末，进一步整形得到高球形度的双覆膜粉末。随后以得到的球形PS/EVA双覆膜粉末作为粉末床，采用低功率热源进行选择性扫描，将粉末表面的粘结剂熔融，达到粘结粉末的目的，逐层打印得到打印坯体。最后进行脱脂、烧结处理，制备得到具有复杂形状的最终零件。

因此，本发明提供一种制备复杂形状陶瓷基复合材料零件的方法，所述方法包括如下步骤：a、原料粉末混合：陶瓷粉末和硬质合金粉末按照一定的比例均匀混合后获得原料粉末；b、改性粉末的制备：将步骤a得到的混合粉末与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的有机溶剂混合均匀，搅拌加热反应，反应完成后烘干研磨过筛获得改性粉末；c、PS/EVA双覆膜粉末制备：将步骤b得到的改性粉末均匀地分散在乙醇溶液中，加入苯乙烯、引发剂、石蜡，搅拌加热反应，反应完成后烘干研磨筛分获得PS/EVA双覆膜粉末；d、PS/EVA双覆膜粉末整形：将步骤c得到的形状不规则的双覆膜粉末进行悬浮式整形处理，获得具有高球形度的粉末；e、PS/EVA双覆膜粉末的低温打印：将步骤d得到的球形双覆膜粉末作为粉末床，进行低温打印，获得具有复杂形状的打印坯体；f、复杂形状打印坯体的脱脂和烧结：将步骤d得到的打印坯体通过进行和烧结处理，获得具有高致密度、复杂形状的陶瓷基复合材料零件。

在一种具体的实施方式中，步骤a中，陶瓷粉末的平均粒径为10-100μm，优选40-60μm。

在一种具体的实施方式中，步骤a中，硬质合金粉末的平均粒径为5-48μm。

在一种具体的实施方式中，步骤a中，陶瓷粉末与硬质合金粉末的质量比为(2-10):1，优选(2.86-6.67):1。