[发明专利]一种3D打印陶瓷与纤维复合增强铝基材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种3D打印陶瓷与纤维复合增强铝基材料的制备方法，目的是解决现阶段工程应用领域当中铝基复合材料结构与性能不能兼顾的问题，本发明包括水基浆料的制备、3D打印、干燥、铝基复合材料的高温烧结成型等几个步骤，本发明采用挤压成型技术与高温烧结相结合的方法，该方法工艺简单，通用性强，同时大大降低了生产成本，具有良好的经济效益，制备出了宏观上具有木垛式网格结构，微观上具有纤维定向的陶瓷与纤维复合增强铝基复合材料，使铝基材料获得更高的机械性能，同时保持了铝基体轻质高韧的特性。

主权项

1.一种3D打印陶瓷与纤维复合增强铝基材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、水基浆料的制备：将Al粉、Al2O3粉、长度为1～3mm的碳纤维和分散剂混合，其中Al粉的重量百分比为20wt.％～30wt.％，Al2O3粉的重量百分比为40wt.％～60wt.％，碳纤维的重量百分比为0.1wt.％～0.5wt.％，分散剂的重量百分比为19.9～29.5wt.％，混合后将混合物采用转速为100r/min的行星式球磨机球磨6～8h，球磨后的粉料与20ml粘结剂，在60～80℃的温度下一起溶于50ml去离子水中，充分搅拌制成水基浆料；步骤二、3D打印：根据要打印材料的形状和参数运用建模软件建立填充率为50～80％的实体模型,导出STL文件后通过切片软件进行切片，生成针筒沿轴的移动路线及挤压速度；将配置好的水基浆料放入挤压式打印注射筒内，除去筒内气泡之后，通过内径为0.6mm的不锈钢针头根据移动路线及挤压速度进行打印；采用直写式3D打印法，每一层的打印路径相同，互相平行，相邻层之间的打印路径相互垂直；在3D打印过程中通过剪切诱导，使碳纤维排布方向与打印路径方向相同，不同打印层之间碳纤维排布路径不同；步骤三、干燥：将3D打印完成的坯体进行干燥；步骤四、铝基复合材料的高温烧结成型：把干燥后的3D打印坯体放入中频炉线圈中加热，整个制备过程采用红外测温装置测温，在纯度为99.9％的Ar气氛中进行烧结，先升温至350℃，并在350℃中保温30min使粘结剂与分散剂顺利排出，随后升温至1000℃保温10min，充分熔化Al粉，然后继续升温至1200～1400℃，保温2～3h，最后关闭中频炉，使样件自然冷却，得到铝基复合材料。