[发明专利]用于增材制造多孔无机结构的方法和由其制成的复合材料

说明书

一种多孔无机增材制品，其包含至少两层无机微粒，所述至少两层无机微粒通过碳结合相贯穿结合在一起。所述增材制品可以通过使用包含有机反应性材料和无机微粒的混合物的增材制造来形成，其中所述有机反应性材料随后反应以形成热固性材料，所述热固性材料在加热时形成碳，所述碳将所述无机微粒结合在一起以形成所述多孔无机增材制品。所述多孔无机增材制品然后可以用固化的液体渗透以形成复合制品，或者可以在不同的气氛中进一步加热以形成进一步烧结或反应的多孔无机制品。

技术领域

本发明涉及一种增材制造多孔无机结构的方法和使用所述多孔结构制成的复合制品。特别地，本发明是一种用于形成通过碳相结合在一起的多孔无机结构的增材制造方法。

背景技术

熔丝制造(FFF)通常也称为塑料喷射打印或熔融沉积成型(FDM)，已被用于通过使用热塑性长丝形成3D部件，所述热塑性长丝被拉入喷嘴、加热、熔化然后挤出，其中挤出的长丝在冷却时熔合在一起(参见例如美国专利第5,121,329号和第5,503,785号)。因为所述技术需要熔化长丝和挤出，所以材料一直限于热塑性聚合物(通常是尼龙)和复杂的设备。此外，所述技术需要在制造复杂部件时也被挤出的支撑结构，所述支撑结构必须能承受形成部件所需的高温，同时也易于被移除，例如通过溶解来移除。

FDM已经用于通过在挤出的热塑性长丝中装载陶瓷微粒来形成陶瓷，如A.Bandyopadhyay等人在《美国陶瓷协会杂志(J.Am.Cer.Soc)》80[6]1366-72(1997)所述。然而，所述技术的有限使用已经被用于制造陶瓷或金属，因为难以在长丝中装载陶瓷达到高水平，但仍然能够熔化和挤出热塑性聚合物，并且因为难以制造出强度足以容易地手动处理的生坯(除去热塑性聚合物之后的部件)。其他增材制造技术已经变得更加普遍，例如陶瓷悬浮液的水基挤出，例如《美国陶瓷协会杂志》98[7]198-2001(2015)所述，但这些需要特别适合的悬浮液和化学品。同样，形成陶瓷或金属的另一种更常见的方法是基于粉末的3D打印(P-3DP)。同上。这往往需要具有足够流动的大颗粒(通常直径至少约10至20微米)以制备连续的粉末层，然后通过粘合剂将所述粉末层结合在一起，且所述部件必须从床中取出并随后加工。因此，这种技术倾向于用于制造供铸造复杂金属部件用的模具。

陶瓷或金属的均匀高度多孔结构通常不是通过增材制造技术制造的，因为一旦去除粘合剂(生坯强度不足)就不能处理所述部件。同样地，出于相同的原因以及在制造必要的流动以在粉末床中制造层或在悬浮液中充分装载中的难度，亚微米部件的多孔部件也没有形成。因此，希望提供一种增材制造方法和由其制成的部件，以避免现有技术中的一个或多个问题，例如上述那些问题。例如，希望提供一种增材制造方法、用于这种方法的材料和可以使用亚微米粉末并实现可以手动处理而不破损生坯的部件。

发明内容

本发明的第一方面是一种增材制造多孔无机部件的方法，其包含：

(i)提供包含有机反应性材料和无机微粒的混合物，

(ii)通过喷嘴分配所述混合物以形成沉积在基座上的挤出物，

(iii)移动所述基座、所述喷嘴或其组合，同时分配所述混合物，使得所述基座和所述喷嘴之间以预定图案水平位移，以在所述基座上形成所述混合物的初始层，

(iv)重复步骤(ii)和(iii)以形成粘附在所述初始层上的所述混合物的连续层，以形成增材制造部件，

(v)使所述有机反应性材料反应形成热固性材料，所述热固性材料在加热时形成碳，以及

(vi)将所述增材制造部件在气氛中加热到一定的温度，在所述温度下，所述热固性材料分解并且形成碳相，所述碳相结合所述无机微粒，从而形成所述多孔无机部件。