[发明专利]一种复杂形状多孔氮化硅件的制备方法

说明书

本发明属于材料成型相关技术领域，其公开了一种复杂形状多孔氮化硅件的制备方法，该方法将金属激光选区熔化工艺与氮化硅的反应烧结工艺相结合，为制备大尺寸、复杂形状多孔氮化硅部件提供了新的思路；具体包括以下步骤：(1)提供预定质量份数的金属硅粉及氧化物烧结助剂作为原料；(2)采用激光选区熔化工艺对所述原料进行微区部分烧结以预成型出多孔硅坯体；(3)对所述多孔硅坯体进行反应烧结，通过氮化以得到复杂形状多孔氮化硅件。所述制备方法易对多孔氮化硅件实现控形控性，可提高制造效率，灵活性较高，且无需高分子粘结剂。

技术领域

本发明属于材料成型相关技术领域，更具体地，涉及一种复杂形状多孔氮化硅件的制备方法。

背景技术

长久以来，复杂形状多孔氮化硅陶瓷零件的制备一直是制约多孔氮化硅陶瓷工程应用的难题之一，为此各国研究者们研发了诸如凝胶注模、注浆成型、挤出成型、直接凝固注模等多种氮化硅陶瓷复杂形状件的成型工艺。虽然这些方法可制备复杂形状件，但却均依赖于模具的制造。由于模具本身制造周期长、成本高，使得复杂形状多孔氮化硅件的制造周期和成本也被抬高，特别是小批量、大型复杂形状件的制备尤其如此。近年来增材制造技术的发展，使得复杂形状多孔氮化硅陶瓷件的制备可以摆脱对模具的依赖，实现复杂形状件的无模成型。

增材制造技术基于离散-堆积原理，通过逐点、逐线或逐面的将原料进行叠加成型出复杂形状件，是解决陶瓷复杂形状件成型困难问题的最有前景的技术方法之一。氮化硅陶瓷常用的增材制造技术包括激光选区烧结技术(SLS)、分层实体制造技术(LOM)、光固化技术(SLA)以及熔融沉积造型(FDM)等，当前应用较多的陶瓷增材制造技术中包括间接激光选区烧结技术(indirect SLS)、熔融沉积造型(FDM)和光固化技术(SLA)等技术。但这些技术往往直接以氮化硅陶瓷粉体为原料，并添加高分子粘接剂以实现复杂形状件预制体的成型，再经过高温后处理以获得氮化硅复杂形状件。为提高增材制造成型坯体的强度，导致在增材制造过程中应用的高分子的含量往往较高。这不仅需要在后续处理中增加对高分子的脱脂过程，特别是在大尺寸陶瓷部件的制备过程中光敏树脂可能由于裂解不完全等原因转变为残碳，影响制品性能稳定性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种复杂形状多孔氮化硅件的制备方法，其基于现有复杂形状多孔氮化硅件的制备特点，研究及设计了一种不使用任何高分子粘结剂的复杂形状多孔氮化硅件的制备方法。所述制备方法采用金属硅和氧化物烧结助剂为原料，利用选区激光熔化工艺对原料粉末进行部分熔化烧结，将其成形为预制体，再通过反应烧结氮化的方法将多孔金属硅预制体转变为多孔氮化硅材料，由于材料中不使用任何高分子粘结剂，且预制体的粘结基于金属颗粒熔化的粘接，故预制体的强度较高、且无任何残碳影响，适宜于大型复杂形状多孔氮化硅零件的制备。

为实现上述目的，本发明提供了一种复杂形状多孔氮化硅件的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)提供预定质量份数的金属硅粉及氧化物烧结助剂作为原料；

(2)采用增材制造工艺对所述原料进行部分烧结以预成型出多孔硅坯体；

(3)对所述多孔硅坯体进行反应烧结、氮化以得到复杂形状多孔氮化硅件。

进一步地，所述金属硅粉的质量份数为80份～95份，所述氧化物烧结助剂的质量份数为5份～20份。

进一步地，所述金属硅粉为平均粒径为1μm～30μm的球形硅粉，其含有的杂质的重量百分比小于1％。

进一步地，所述氧化物烧结助剂为氧化铁、氧化亚铁、氧化钇、氧化镧、氧化铝、氧化锆及氧化镁中的一种或者多种。

进一步地，所述氧化物烧结助剂的粒径为0.01μm～10μm，其含有的杂质的重量百分比小于0.5％。