[发明专利]一种基于光固化技术的碳化硅陶瓷及其制备方法

说明书

本发明属于3D打印技术领域，公开了一种基于光固化技术的碳化硅陶瓷及其制备方法，解决了目前传统工艺无法制备形状复杂的碳化硅零件。该方法包括以下步骤：将预混液、光引发剂、分散剂、烧结助剂和碳化硅粉末混合搅拌均匀，球磨，得到碳化硅浆料；将球磨后的浆料取出并置于3D打印机料盘上，通过数字建模后得到所需的样品参数，然后用紫外光对陶瓷浆料进行光固化处理；将固化后的陶瓷基坯体经脱脂、烧结后，即可得到碳化硅陶瓷。本发明具有制备过程简单、工艺可控、材料体系便于调节、能够通过光固化直接制造陶瓷，适于批量生产的优点；本发明适用于制备形状复杂的碳化物陶瓷零部件及碳化物陶瓷基复合材料。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种基于光固化技术的碳化硅陶瓷及其制备方法。

背景技术

碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、密度小、耐磨性能好、硬度大、机械强度高、耐化学腐蚀等特点，在材料领域发展迅速。碳化硅陶瓷因具有密度低、热膨胀系数小、硬度高、耐高温，弹性模量大、耐腐蚀等特点，普遍用于陶瓷球轴承、阀门、半导体材料、陀螺、测量仪、航空航天等领域。传统工艺制造碳化硅零件，后加工工艺困难，对模具依懒性大，脱模困难，零件易开裂变形，造成材料浪费，利用率较低。利用3D打印技术其中的一种立体光刻技术制造形状复杂的碳化硅零件，增材制造能够避免材料的浪费，提高其利用率。

发明内容

为了克服现有技术中碳化硅陶瓷的成型方法，具有对模具依赖大以及无法制备复杂精密结构的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种基于光固化技术的碳化硅陶瓷。

本发明的另一目的在于提供一种上述基于光固化技术的碳化硅陶瓷的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种基于光固化技术的碳化硅陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备浆料：将预混液、光引发剂、分散剂和烧结助剂非晶体的二氧化硅混合后得到预混料，将质量分数30％-50％的预混料与质量分数50％-70％的碳化硅粉末混合，搅拌均匀后，超声分散5～10分钟，球磨，得到碳化硅浆料；

(2)成型：将步骤(1)所得浆料在3D打印机平台上固化成型，制得坯体；

(3)后处理：将步骤(2)所得坯体依次经固化、干燥、脱脂和烧结，得碳化硅陶瓷。

步骤(1)所述预混液的成分包括质量分数为25％-35％的丙烯酸酯、质量分数为30％-40％的正辛醇和质量分数为35％-45％的聚乙二醇；所述光引发剂的用量为丙烯酸酯质量的3％；所述分散剂的用量为碳化硅粉末质量的3％；所述非晶体的二氧化硅的用量为碳化硅粉末质量的2％。

优选的，所述预混液的成分包括质量分数为30％的丙烯酸酯、质量分数为35％的正辛醇和质量分数为35％的聚乙二醇。

步骤(1)所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮和苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦中的一种以上；所述分散剂为BYK-9076、BYK-163、BYK-9076和BYK-9077中的一种以上。

当步骤(1)所述碳化硅粉末为粒径≤1μm的碳化硅粉末时，直接用于制备碳化硅浆料，所配置的碳化硅浆料中，其陶瓷颗粒的固相含量按质量百分比计算达到45％；

当所述步骤(1)所述碳化硅粉末为粒径＞1μm的碳化硅粉末时，先采用球磨将团聚打散，得到氧化后的碳化硅粉末，再用于制备碳化硅浆料，所配置的碳化硅浆料中，其陶瓷颗粒的固相含量按质量百分比计算达到70％。

步骤(1)所述球磨是以250-300r/min的转速球磨1.5～2h，使用的球磨介质为碳化钨或氧化锆。