[发明专利]一种反应烧结碳化硅陶瓷激光选区烧结成型方法

说明书

本发明公开了一种(1)反应烧结碳化硅陶瓷激光选区烧结成型方法,将陶瓷粉末、分散剂、碳化硅陶瓷研磨球和去离子水按一定的比例混合，得到浆料；(2)加入水性热固性树脂或热固性树脂乳液、固化剂、消泡剂加入到浆料中，得到陶瓷浆料；(3)将陶瓷浆料通过喷雾造粒塔进行喷雾干燥造粒(4)对喷雾造粒粉料进行筛分、重新级配；(5)将级配后的碳化硅陶瓷粉末置于SLS成型设备中，加工碳化硅陶瓷SLS成型素坯；(6)得到热解的素坯；(7)从而得到致密的碳化硅零件。该方法适合SLS成型的、具有粉末球形度高、流动性好、松装密度高、粘结剂分布均匀、粘结强度高的,实现了陶瓷材料3D打印的批量化生产。

技术领域

本发明涉及碳化硅陶瓷技术领域，具体讲是一种反应烧结碳化硅陶瓷激光选区烧结成型方法。

背景技术

碳化硅陶瓷具有优异的力学性能(高强度、高硬度、高耐磨性)、热学性能(耐高温、较低的热膨胀性及良好的抗热震性)以及化学稳定性，广泛应用于石油化工、机械电子、航空航天、能源环保、核能、汽车、高温环境等工业领域。但碳化硅陶瓷硬度高、脆性大导致复杂结构零件成型、加工困难、成本高。传统的成型工艺制备构件时，需根据构件的形状制备具有相应形状的模具，若构件的结构稍有变化，就需要重新制备模具或需要对试样进行机械加工，因而加大了制备成本。而且受到模具的限制，这些工艺适合制备形状简单的制品。随着工业的发展，这些传统成型工艺已不能满足某些特殊领域的要求。

被誉为引领“第三次工业革命”的3D打印技术，是二十世纪80年代中期兴起的数字化制造技术，它将传统的“去除”和“等体积”制造变化为“增加”制造，具有开发周期短、无需模具、成本低、材料利用率高、低能耗等优势，近年来被认为是解决复杂结构陶瓷零件成型难题的重要途径之一。目前，比较常见的3D打印方法有激光选区烧结 (Selective Laser硅ntering，SLS)、激光选区熔化(SelectiveLaser Melting，SLM)、熔融沉积制造(Fused Depo硅tion Modeling，FDM)、光固化(Stereolithgraphy Apparatus，SLA)、叠层实体制造(Laminated ObjectedManufacturing，LOM)、三维打印法(3D Printing，3DP)等。

激光选区烧结成型(SLS)是将粉料铺在工作台上，利用计算机中的CAD模型控制高能CO2激光束扫描特定区域的粉料，激光束的热效应使该区域粉料软化或熔化，粘接成型一系列薄层，并逐层叠加获得三维实体零件。通过SLS方法成型的陶瓷粉末材料种类较多、来源广泛，其SLS成型件表面质量较好、成型稳定性高，也具有较高的生产效率，因而在制造复杂结构陶瓷零部件领域拥有极具潜力的优势。在SLS过程中，激光对粉末颗粒的能量辐射时间极短，在短时间内无法直接使高熔点的陶瓷粉末熔融粘结，且陶瓷在高功率激光照射下易产生裂纹，因此需要将陶瓷粉末与粘结性熔体混合或表面包覆粘结剂形成粘性熔体来实现陶瓷颗粒之间的结合。

目前已经公开的一份专利申请“用于激光3D打印的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末及其制备方法”,将改性陶瓷粉末、酚醛树脂、乌洛托品、硬脂酸在密闭容器中反应得到激光3D打印用树脂覆膜陶瓷复合粉末。另一份已经公开的专利“一种环氧树脂覆膜陶瓷粉末的制备方法”，将陶瓷粉末、环氧树脂、丙酮溶液在密封的反应釜中反应得到激光3D打印用树脂覆膜陶瓷复合粉末。另一份已经公开的专利“一种尼龙覆膜陶瓷粉末材料的制备方法”，将尼龙树脂、溶剂、表面有机化处理的陶瓷粉末及抗氧化剂混合、干燥，得到激光 3D打印用尼龙覆膜陶瓷复合粉末。现有的激光3D打印覆膜陶瓷粉末都采用有机溶剂，混合过程中危险性大、毒性较大，且粉末在粉碎过程中得到的粉料效率低、球形度差，流动性差，不利于激光3D打印过程的铺粉。

另一份已经公开的专利“基于激光3D打印技术的复杂结构碳化硅陶瓷零件制造方法”按所需比例称取碳化硅陶瓷粉末、粘结剂、硅源材料、碳源材料，将上述原料放入球磨罐中并加入足量有机溶剂，混料均匀后加热使溶剂挥发得复合碳化硅陶瓷粉末，该粘结剂选自酚醛树脂、环氧树脂、硬脂酸、石蜡中的一种，该粘结剂和陶瓷直接干混，即为粉料，简单但混料不均匀，而且手工造粒得到的粉料球形度差流动性差，不利于激光打印铺粉。