[发明专利]一种基于3D打印的铝基复合材料的制备方法及铝基复合材料

权利要求书

1.一种基于3D打印的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

3D打印制备陶瓷多孔体毛坯步骤：将预先制备好的3D打印用陶瓷膏体装入3D打印机的料仓中，采用喷嘴挤压成形技术制备铝基复合材料用陶瓷多孔体毛坯；

陶瓷多孔体毛坯的固化与烧结步骤：将成形好的所述铝基复合材料用陶瓷多孔体毛坯进行固化作业，然后在空气炉中进行一体化的脱脂-烧结处理，制得铝基复合材料用陶瓷多孔体；

压力浸渗制备铝基复合材料步骤：首先将所述铝基复合材料用陶瓷多孔体和钢制模具分别按设计的温度预热，之后将所述铝基复合材料用陶瓷多孔体置于钢制模具的正中位置，然后将熔融的铝或铝合金液浇注到模具中，最后利用液压机进行压渗、脱模，冷却后制得颗粒增强铝基复合材料；

其中，所述3D打印用陶瓷膏体的制备材料主要包括陶瓷粉体、粘结剂、消泡剂以及溶剂；且在所述3D打印制备陶瓷多孔体毛坯步骤中，3D打印参数为：喷嘴直径为0.5～0.7mm，挤出压力为0.3～0.5MPa，分层厚度0.40～0.65mm，打印速度为18～22mm/s；

所述粘结剂为水玻璃、酚醛树脂、环氧树脂、硅溶胶、聚乙二醇中的一种 、两种或多种；所述消泡剂为乙二醇、正丁醇、聚二甲基硅氧烷中的 一种、两种或三种；所述溶剂为去离子水、乙醇、丙三醇中的一种、两种或三种。

2.根据权利要求1所述的基于3D打印的铝基复合材料的制备方法，其特征在于：

在所述陶瓷多孔体毛坯的固化与烧结步骤中，成形好的所述铝基复合材料用陶瓷多孔体毛坯进行固化作业是将所述铝基复合材料用陶瓷多孔体毛坯在二氧化碳气氛中放置1～5min或者是在空气气氛中放置1d。

3.根据权利要求1所述的基于3D打印的铝基复合材料的制备方法，其特征在于，在所述陶瓷多孔体毛坯的固化与烧结步骤中，所述一体化的脱脂-烧结处理，具体包括：

从室温以2～5℃/min的升温速率升温至600℃并保持1～2h进行低温排胶；

待粘结剂、消泡剂以及溶剂挥发后，然后以3～5℃/min的升温速率升温至1100～1500℃保温1～2h；

随炉冷却至室温，得到最终的所述铝基复合材料用陶瓷多孔体。

4.根据权利要求1所述的基于3D打印的铝基复合材料的制备方法，其特征在于：

所述压力浸渗制备铝基复合材料步骤中所述铝合金为Al-Si合金、Al-Si-Mg合金、Al-Si-Cu合金、Al-Si-Mg-Cu合金中的任一种；

且所述Al-Si合金中Si的质量分数为4.0％～15.0％；

所述Al-Si-Mg合金中Si的质量分数为4.0％～15％，Mg的质量分数为0.04％～12.0％；

所述Al-Si-Cu合金中Si的质量分数为4.0％～15％，Cu的质量分数为1.0％～10.0％；

所述Al-Si-Mg-Cu合金中Si的质量分数为4.0％～15％，Mg的质量分数为0.04％～12.0％，Cu的质量分数为1.0％～10.0％。

5.根据权利要求1所述的基于3D打印的铝基复合材料的制备方法，其特征在于：在所述压力浸渗制备铝基复合材料步骤中：

所述铝基复合材料用陶瓷多孔体的预热温度为100℃～300℃；

所述铝或所述铝合金液的浇注温度为730℃～750℃；

所述钢制模具的预热温度为350℃～450℃；

所述液压机的浸渗压力为5～15MPa，保压时间为5～10min。

6.根据权利要求1所述的基于3D打印的铝基复合材料的制备方法，其特征在于：

所述陶瓷膏体中陶瓷粉体为粒度在5～50μm范围内的碳化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化硅中的一种。

7.根据权利要求1所述的基于3D打印的铝基复合材料的制备方法，其特征在于：

在所述压力浸渗制备铝基复合材料步骤中，所述颗粒增强铝基复合材料中陶瓷颗粒的体积分数为40％～75％，所述铝或所述铝合金的体积分数为25％～60％。

8.一种铝基复合材料，其特征在于，通过权利要求1至7中任一项所述的基于3D打印的铝基复合材料的制备方法制备得到。