[发明专利]生产模制体的方法及模制体

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产模制体的方法和一种模制体。

背景技术

基于粉末状或颗粒状材料以及粘合剂而生产模制体的方法通过术语3D打印被人熟知，通过用于3D打印的激光打印装置或所谓的“多喷头成型”装置，例如可以被用来将基于预设的设计数据构建成层模制体。

在这方面，将粘合剂提供至用于构建基体的基材也为人熟知，例如，粘合剂可以为酚醛树脂且用于确保固化后模制体尺寸的稳定性。

发明内容

本发明旨在提出一种模制体的生产方法，该模制体一方面具有高机械稳定性，另一方面，其电气性能或摩擦性能可被调节。

为此，本发明提出一种生产模制体的方法，所述模制体包括碳化硅支撑基质和一体碳结构，其中，基于含有碳化硅或硅以及碳的粉末混合物和粘合剂的基体以衍生法成层构建，且其中所述粘合剂固化后，发生所述基体的热解用于实现所述模制体，其中通过热解所述粘合剂，以及通过所述粉末混合物的碳含量或将碳材料渗透进所述碳化硅支撑基质来调节所述碳结构的碳含量。

根据本发明的方法可以生产出具有碳化硅支撑基质和一体碳结构的模制体，该模制体由于碳化硅支撑基质呈现出高机械稳定性，且由于形成为一体的碳结构，其电气性能或摩擦性能是可调节的。

根据本发明的方法，基于含有碳化硅或硅和碳的粉末混合物和粘合剂，通过衍生法(generative method)初步构建基体，为了实现模制体，该基体在随后的方法步骤中被热解，以使碳结构的碳含量可通过由热解粘合剂生成的高温碳来调节，或通过粉末混合物的碳含量调节，和/或适当时通过另一种碳材料的渗透调节。

在本发明中，术语“碳含量”是指实现碳结构的游离碳的总体含量，即未化合的碳的总体含量。

优选地，粉末混合物的碳含量按重量计在0和30％之间，其中在粉末混合物仅含有较少碳化硅或根本没有碳化硅的情况下，粉末混合物的碳含量更有可能在指示区域的上限区域内。

特别优选的是，粉末混合物的碳含量按重量计在10％和20％之间。

如果粉末混合物的碳化硅颗粒部分具有平均粒径D_S50在0.5μm和100μm之间的颗粒，那么可以获得特别充分混合的粉末混合物。另外，模制体所需的物理性质可被容易调节。

如果平均粒径D_S50在2μm和60μm之间，可以达到特别好的结果。

如果为了调节模制体的碳含量，那么在热解基体之后，碳化硅支撑基质被实现为聚合物的碳材料渗透，该碳材料通过随后的热解转变成碳，任何留存在碳化硅支撑基质中的游离硅可同时转变成用于增强该支撑基质的碳化硅，而且任何多余的高温碳可被用来实现碳结构。

可选地，当然也有另一种可能，即将碳作为烟尘悬浮液，或通过碳的气相沉积引入基体，由此用碳渗透该基体。

以这种方式被引入的碳可以部分地用来在与碳化硅支撑基质内含有的游离硅反应烧制中增强碳化硅支撑基质，且部分地用于构建碳结构。

优选地，含硅或含碳化硅的聚合物可用作上述聚合物，诸如，硅氧烷、硅氮烷、碳硅氧烷、碳硅氮烷或碳硅烷。

可选地，或结合上面提到的聚合物，也可使用预聚合物，例如聚酰亚胺和氰酸酯树脂。

如果酚醛树脂、呋喃树脂和氰酸酯树脂被用作聚合物，有可能将这些聚合物同时用作粘合剂来构建基体。

根据本方法的另一个有利变型，如果在热解之后，用硅来渗透碳化硅支撑基质，那么在碳化硅支撑基质中可能形成的任何游离碳可通过随后的反应烧制至少部分地转变成碳化硅，以获得具有所需游离碳含量的碳结构。

优选地，通过碳化硅的气相沉积，碳化硅支撑基质被碳化硅渗透，其中，尤其是根据所需的渗透深度，可以利用化学气相渗透(CVI)方法或化学气相沉积(CVD)方法。

在热解之后实行的，用硅或碳化硅对碳化硅支撑基质的进一步渗透允许封装碳结构以防止被腐蚀，且用作机械保护，其中尤其是，用硅对支撑基质的渗透可通过将模制体浸润在液态硅中或通过应用“液体硅渗透”法而实现。

作为硅渗透的替换项，或除了硅渗透之外，用碳化硅对支撑基质的渗透可优选地通过碳化硅的气相沉积而实现。根据要求，接下来的碳化硅封装可通过CVI或CVD方法实现，以使在使用CVI方法的情况下，尤其是碳化硅可较深地渗透进支撑基质，然而CVD方法的应用更允许构建封装模制体的外轮廓的碳化硅层。

根据本发明的模制体具有碳化硅支撑基质和一体碳结构，包括基于含有碳化硅或硅以及碳的粉末混合物和粘合剂以衍生法成层构建的基体，其中所述模制体的碳含量按重量计在10％至30％范围内。