[发明专利]过渡金属化学气相沉积微纳增材制造装置与方法

摘要

本发明涉及一种过渡金属化学气相沉积微纳增材制造方法，属于金属化学气相沉积微纳增材制造技术领域。混合气体瓶通过气体开关阀与气体流量计相连，气体流量计与反应室喷头相连，过渡金属丝通过过渡金属丝支撑架与反应室喷头内壁相连，反应室喷头外壁通过反应室环形热电偶与控温箱相连，沉积基底通过沉积室与三联动工作台相连，可移动式软盖板放置在沉积室的顶部，沉积室外壁通过沉积室环形热电偶与控温箱相连。优点是结构新颖，使用灵活方便，便于操作，实现金属微纳尺度低成本、高精度、高效率增材制造，能够实现化学气相沉积中的金属颗粒按照预定轨迹沉积，易于实现打印微纳过渡金属复杂三维形状的零部件。

主权项

一种过渡金属化学气相沉积微纳增材制造方法，其特征在于包括下列步骤：(1)获取零件的三维模型，并将三维零件分成若干二维层面，切片分层成STL格式文件，计算出每一层零件的厚度及形状，然后将零件所有二维层的形状、以及对应的厚度输入到计算机中的加工控制系统中；(2)控温箱通过反应室环形热电偶加热反应室喷头外壁，使反应室喷头的温度控制在150℃～200℃，调整控温箱温度，使反应室喷头的温度满足过渡金属与一氧化碳气体发生反应的温度；一氧化碳气体的供给主要是通过两个部件来控制，气体开关阀通过旋转就可以实现一氧化碳的释放和关闭，气体流量计通过自带安全阀调节气体管道的开放程度，进而控制一氧化碳和氩气混合气体的流量，保证混合气体平稳进入反应室喷头，混合气体进入反应室喷头以后，过渡金属丝与反应室喷头具有相同的温度，一氧化碳气体与过渡金属丝在反应室喷头里面发生化学反应，化学反应通式为其中M为过渡金属，生成物Mx(CO)y为过渡金属羰基化合物；在150℃～200℃环境下，生成的过渡金属羰基化合物以气态颗粒存在，同时在混合气体中氩气没有与过渡金属丝发生化学反应，此外氩气仅作为载气，承载着气态过渡金属羰基化合物颗粒，形成载气流，在反应压力下，载气流从反应室喷嘴喷射出进入沉积室；(3)控温箱通过沉积室环形热电偶加热沉积室，可移动式软盖板覆盖在沉积室的上面，使沉积室的温度控制在190℃～300℃，调整控温箱温度，使沉积室的温度满足过渡金属羰基化合物进行分解反应的温度，提高3D打印速度，化学反应通式为：载气流进入沉积室，载气流在反应室喷头上的喷嘴作用下，射流在沉积室基底上，沉积基底与三联动工作台相连，通过计算机加工控制系统控制三联动工作台的位移和速度，并进行X/Y方向的移动，这时反应室喷头上的喷嘴进行喷射载气流，与此同时三联动工作台由计算机加工控制系统控制其位移和速度，分别控制第一层零件的厚度和形状，第一层零件制造出来以后，在计算机加工控制系统的控制下自动关闭气体开关阀，停止载气流的供给，同时根据每层零件厚度，继续控制三联动工作台的位移，并进行Z方向的移动，这时气体开关阀在计算机加工控制系统的控制下自动开启，反应室喷头反应进行，形成载气流并进入沉积室；重复上述步骤完成其他层零件的成型，得需成型零件。