[发明专利]一种光固化氮化硅陶瓷及其具有梯度结构制备方法

说明书

一种光固化氮化硅陶瓷及其具有梯度结构制备方法，先混合Si3N4粉末和助烧剂形成陶瓷粉体，在陶瓷粉体中加入硬脂酸粉末，形成陶瓷混合粉末，过筛后加入KH560，加入磨球湿磨后干燥过筛待用；再混合聚氨酯、双酚A、HDDA、IBOMA、DPHA、TPGDA、TMPTA和高折射率树脂，加入光引发剂TPO，混匀得到预混液；然后将陶瓷混合粉末和分散剂加入预混液中，搅拌均匀后得到氮化硅陶瓷膏料；最后将氮化硅陶瓷膏料真空除泡后放入打印机料仓内，将梯度多孔结构模型输入后开始打印，采用光固化成型得到具有梯度结构光固化氮化硅陶瓷；本发明可实现梯度结构中孔隙结构及孔隙率的精确控制，突破模具限制实现定制化结构成型，对高温腐蚀性流体粒子的过滤分类及功能陶瓷的结构设计提供捷径。

技术领域

本发明属于氮化硅陶瓷制造技术领域，具体涉及一种光固化氮化硅陶瓷及其具有梯度结构制备方法。

背景技术

氮化物陶瓷材料是一类能够实现结构-功能一体化的材料，在力学、化学、电学、热学等方面具有优异的性能，在耐热耐高温结构材料领域中具有氧化物陶瓷和金属陶瓷无法替代的地位优势，在冶金、航空、化工、陶瓷、电子、机械及半导体等行业具有广泛的应用。随着科学技术的发展，氮化硅陶瓷的应用领域、使用要求也越来越严苛。目前，传统制造方法都是将氮化硅粉体通过模压成型，或者将陶瓷浆料进行注浆成型、凝胶注膜成型等，再经过烧结并结合机加工得到所需的陶瓷构件，这大大增加了加工成本、降低了生产效率、难以制备具有镂空、梯度结构的复杂零部件，严重限制了氮化硅陶瓷的应用与发展。针对这一问题，众多学者提出净尺寸成型方法，突破传统模具限制，采用增材制造方法对所需形状的构件进行个性化定制成型，这一技术能够制备具有复杂结构的氮化硅陶瓷，这使得制造效率提高，拓宽氮化硅陶瓷的使用领域。

梯度多孔陶瓷是指气孔率或孔径或孔结构随样品尺寸具有规律变化的陶瓷，即具有结构和成分的可设计性。这种结构特别适用于温度高、具有腐蚀性等含有微细粒子的混合流体的分离、高温烟气除尘和精细过滤等。目前，梯度多孔陶瓷已用于固液分离膜、催化剂载体、传感器支架等。同时，由于其良好的高温性能，还被用作合金浇铸用芯管、热障涂层、发动机燃烧室等。另外，在功能材料领域，梯度结构多孔陶瓷可将雷达吸/透波材料与微观设计结构相结合。即可实现材料的减重，又可利用梯度结构对电磁波进行散射或透过，渐变的孔结构可大大提高对电磁波的可控性。

目前还没有关于具有梯度结构光固化氮化硅陶瓷制备的相关文献公开。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种光固化氮化硅陶瓷及其具有梯度结构制备方法，可实现无模具快速制造复杂结构件，大大节约了模具成本和批量化下的时间成本；此外，由于光固化成型生坯结构由打印模型决定，所以此方法可实现梯度结构中孔隙结构及孔隙率的精确控制，并且突破模具限制实现定制化结构成型，这种高精度梯度多孔结构将对高温腐蚀性流体粒子的过滤分类及功能陶瓷的结构设计提供捷径。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种光固化氮化硅陶瓷，其材料包括Si3N4粉末、助烧剂、硬脂酸粉末、KH560；混合物A、光引发剂TPO；分散剂；

Si3N4粉末、助烧剂形成陶瓷粉体，Si3N4粉末为陶瓷粉体质量分数的65-75％，余量为助烧剂；助烧剂为Y2O3粉、Al2O3粉和SiO2粉的混合物，其中Y2O3粉为陶瓷粉体质量分数的2-8％，Al2O3粉为陶瓷粉体质量分数2-6％，SiO2粉为陶瓷粉体质量分数13-30％；

硬脂酸粉末为陶瓷粉体质量的2-5％；

陶瓷粉体加入硬脂酸粉末后形成陶瓷混合粉末；KH560为陶瓷混合粉末的3-8wt％；