[发明专利]一种用于增材制造的碳化硅复合粉料及其制备方法

说明书

本发明涉及增材制造技术领域，本发明提供了用于增材制造的碳化硅复合粉料及其制备方法，该碳化硅复合粉料按质量包括碳化硅粉体50‑99份、复合粘结剂1‑50份、复合固化剂1‑5份、碳源0‑40份和溶剂0‑40份，所述碳化硅复合粉料的颗粒形貌为球形或椭球形，球形度≥0.9，颗粒粒径为60‑250μm。本发明通过控制碳化硅复合粉料的颗粒粒径和形貌，提高碳化硅产品烧结密度及力学性能；通过采用复合粘结剂，提高3D打印素坯的强度，降低3D打印产品在制造和转移过程中破损的概率；通过采用复合固化剂，提高3D打印素坯的高温稳定性，减小素坯在烧结过程中的收缩，防止素坯在烧结过程中变形甚至坍塌。本发明公开的碳化硅复合粉料特别适用于大尺寸、大重量碳化硅产品的增材制造。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体而言，涉及一种用于增材制造的碳化硅复合粉料及其制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷具有抗氧化性强、耐磨性能好、硬度高、热稳定性好、高温强度大、热膨胀系数小、热导率大以及抗热震和耐化学腐蚀等优异的性能，可以制成轴承、喷嘴、叶轮、密封件、切削工具、涡轮机叶片、涡轮增压器转子、反射镜等各种配件及器件，适合应用于高温、高压、高频摩擦、高辐射、强酸强碱等极端环境和特殊工况中。然而，碳化硅陶瓷的高强度、高硬度的优点，却是器件和配件在成型、加工过程中的最大的障碍。尤其对于结构和形状复杂的异形件，通过常规成型加工方式很难实现，从而导致了碳化硅陶瓷复杂器件的制造困难，严重制约了其更加广泛和深入应用。

增材制造技术(3D打印技术)可以利用3D模型数据，以逐层堆叠累积的方式将材料连接起来构造物体。因此，可以利用增材制造技术直接打印成型具有复杂形状的陶瓷零件坯体，可以省去模具制造和陶瓷机械加工等许多复杂的工序，缩短制造周期、降低材料开发和制造成本。同时，由于增材制造技术成型工艺相对简单、经济效益显著，利用增材制造技术生产陶瓷零件具有很大的发展前景。

增材制造碳化硅复合材料，既可以发挥碳化硅陶瓷先天的性能优势，又可以实现其结构化、复杂化、差异化甚至智能化的制造与应用。然而，增材制造技术是一项新兴的材料生产加工制造技术，相关的技术和生产制造工艺尚不完善。对于特种工程陶瓷特别是碳化硅复合材料的3D打印技术仍处于初步研究阶段，尤其对于适用于3D打印技术的陶瓷原材料制备技术存在大量空白。采用常规工艺制备的碳化硅陶瓷粉料，引入粘结剂，可以应用于三维打印工艺。CN 106083061 A专利，一种激光烧结快速成型碳化硅陶瓷的制备方法，公开了一种由碳化硅粉末、酚醛树脂、炭黑、聚乙烯醇及丙酮等材料配制的粉料；CN 105837219A专利，公开了一种由碳化硅粉末、硼粉、碳粉和单一有机粘接剂配制的粉料。然而，通过已有的专利制备的粉料以及其方法尚存在很多缺陷。例如：其打印素坯的密度低，进而烧结后碳化硅复合材料的密度低，力学性能差，不能商品化，不能广泛应用；其打印素坯的高温稳定性差，进而在烧结过程中收缩大、容易变形，不利于碳化硅复合材料的工艺稳定和质量控制；其打印素坯的强度低，进而在制造和转移过程中容易破碎，尤其对于大尺寸、大重量产品的素坯难以搬运，碳化硅复合材料的产品合格率低，不利于规模化生产。

发明内容

本发明解决的问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种用于增材制造密度高、强度大和高温稳定性好的碳化硅材料的复合粉料。

为解决上述问题，本发明提供一种用于增材制造的碳化硅复合粉料，按质量包括碳化硅粉体50-99份、复合粘结剂1-50份、复合固化剂1-5份、碳源0-40份和溶剂0-40份，所述碳化硅复合粉料的颗粒形貌为球形或椭球形，球形度≥0.9，颗粒粒径为60-250μm。

与现有技术相比，本发明通过控制碳化硅复合粉料的颗粒粒径和形貌，有利于提高碳化硅复合粉料松装密度，进而提高造粒后碳化硅复合粉料单颗粒的致密度，并提高3D打印碳化硅复合粉料素坯的密度，最终提高其烧结密度及力学性能；通过采用复合粘结剂，大幅度提高3D打印素坯的强度，降低3D打印产品在制造和转移过程中破损的概率；通过采用复合固化剂，大幅度提高3D打印素坯的高温稳定性，减小素坯在烧结过程中的收缩，防止素坯在烧结过程中变形甚至坍塌，可简化甚至省掉素坯在打印过程中的支撑结构。