[发明专利]一种金属增韧陶瓷基复合材料涡轮叶片的制备方法

权利要求书

1.一种金属增韧陶瓷基复合材料涡轮叶片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）通过金属3D打印工艺制备涡轮叶片的金属增韧骨架，然后通过气相沉积在金属增韧骨架表面形成陶瓷界面层；

2）将具有陶瓷界面层的金属增韧骨架与涡轮叶片的光固化树脂模具相结合，得到内部带有金属增韧骨架的树脂模具；

3）通过凝胶注模工艺制备出陶瓷浆料，在真空环境下浇注陶瓷浆料至树脂模具中，得到陶瓷涡轮叶片坯体；

4）通过化学腐蚀方法去除树脂模具，采用真空冷冻干燥去除陶瓷坯体中的水分，然后在保护气氛下于1200～1400℃烧结3～6h，得到多孔复合材料涡轮叶片原型；

5）通过化学气相沉积在多孔复合材料涡轮叶片原型的孔隙中生成碳化硅陶瓷，进行致密化，得到金属增韧的陶瓷基复合材料涡轮叶片。

2.如权利要求1所述的金属增韧陶瓷基复合材料涡轮叶片的制备方法，其特征在于，所述金属增韧骨架的金属3D打印包括：

首先通过三维造型软件设计出所需结构形式的金属增韧骨架；

然后将金属增韧骨架的三维模型进行分层切片处理后，导入3D打印设备中，通过选区激光熔化金属粉末得到金属增韧骨架。

3.如权利要求2所述的金属增韧陶瓷基复合材料涡轮叶片的制备方法，其特征在于，所述的金属粉末为钛合金粉末或者不锈钢粉末；

激光的设置为：功率为120～200W，扫描速度50～100mm/s，扫描间距0.05～0.1mm，层厚0.05～0.1mm。

4.如权利要求1所述的金属增韧陶瓷基复合材料涡轮叶片的制备方法，其特征在于，所述的陶瓷界面层的材料为氮化硅或者碳化硅。

5.如权利要求4所述的金属增韧陶瓷基复合材料涡轮叶片的制备方法，其特征在于，所述的氮化硅陶瓷界面层是以硅烷和氨气分别做为硅源和氮源，在金属增韧骨架表面化学气相沉积形成陶瓷界面层；

所述的碳化硅陶瓷界面层是以三氯甲基硅烷为气源，氢气或者氮气为载气，在金属增韧骨架表面化学气相沉积形成陶瓷界面层。

6.如权利要求1所述的金属增韧陶瓷基复合材料涡轮叶片的制备方法，其特征在于，所述的涡轮叶片的光固化树脂模具是通过光固化快速成型设备制造所需要结构的涡轮叶片的树脂外壳。

7.如权利要求1所述的金属增韧陶瓷基复合材料涡轮叶片的制备方法，其特征在于，所述得到陶瓷涡轮叶片坯体的操作包括：

1）将有机单体丙烯酰胺和交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺，按照质量比20～25:1溶解到水中，添加分散剂后搅拌溶解，配制成固相质量浓度为10～20%的预混液；

2）按照碳化硅粉：碳粉：硅粉=（20～60）：（12～24）：（28～56）的质量比将碳化硅、碳和硅粉末充分混合均匀，得到固体粉料；

3）将预混液与固体粉料通过球磨充分制成固相含量为50～60%的陶瓷浆料，并将陶瓷浆料通过球磨充分分散；

4）向陶瓷浆料中加入催化剂、引发剂，搅拌均匀后通过真空注型机浇注到树脂模具中，瓷浆料中的有机物在催化剂、引发剂的作用下发生固化反应，待固化反应完成后，得到陶瓷涡轮叶片坯体；

或者包括以下操作：

1）将碳化硅粉与聚碳硅烷的二甲苯溶液混合制成陶瓷浆料，其中碳化硅粉：聚碳硅烷的质量比为80～90：10～20，然后将陶瓷浆料边加热边搅拌，充分搅拌后，通过真空注型机浇注到树脂模具中固化干燥，得到陶瓷涡轮叶片坯体。

8.如权利要求1所述的金属增韧陶瓷基复合材料涡轮叶片的制备方法，其特征在于，所述的化学腐蚀去除树脂模具为：将带有树脂模具的陶瓷涡轮叶片坯体放入腐蚀液中，树脂模具在腐蚀液的腐蚀作用下逐层去除；

所述的腐蚀液为氢氧化钾、醇和水的混合溶液，其中氢氧化钾的质量分数为5～35%，醇和水的体积比为2～5：4～8，所述的醇为甲醇或乙醇。

9.如权利要求1所述的金属增韧陶瓷基复合材料涡轮叶片的制备方法，其特征在于，所述的真空冷冻干燥去除陶瓷坯体中的水分的操作包括：

在-30℃～-60℃下，待陶瓷坯体中结晶水冻结成冰晶后，在真空度为10～30Pa下真空冷冻干燥。

10.如权利要求1所述的金属增韧陶瓷基复合材料涡轮叶片的制备方法，其特征在于，所述的碳化硅致密化是以三氯甲基硅烷为气源，以氢气或者氮气为载气，通过化学气相沉积转化为碳化硅陶瓷材料，填充在多孔复合材料涡轮叶片原型的孔隙中。