[发明专利]一种3D成型制备孔径可控的碳化硅陶瓷的方法

说明书

本发明提供了一种3D成型制备孔径可控的碳化硅陶瓷的方法，属于3D打印技术领域，包括以下制备步骤：分别对两种不同粒径的碳化硅粉体均匀包覆聚碳硅烷和二氧化硅粉的混合物得到粗、细三种粒径的包覆粉，将得到的粗、中、细三种粒径的包覆粉胺质量比为100：(0.2～1.6)的比例混合得到打印粉；用直接三维打印成型机成型打印粉得到陶瓷生坯；所述三维打印成型机的“墨水”为质量浓度为0.5％～1.3％的聚碳硅烷的四氢呋喃溶液；将所述步骤4)中得到的陶瓷生坯高温烧结得到孔径可控的碳化硅陶瓷。本发明通过调整粗粉中位粒径D_50粗实现了对碳化硅陶瓷制品的孔径的控制。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D成型制备孔径可控的碳化硅陶瓷的方法。

背景技术

碳化硅(SiC)陶瓷具有耐酸耐碱、高硬度、高耐磨、高温强度大、高温蠕变小、高导热、抗热震等优点，在石油、化工、机械、航天、电子、核工业等领域有着广泛用途。作为过滤介质其孔径必须孔径，且要求孔径分布窄，最好为单一孔径。

3D成型是一种基于离散材料增量堆积制造实体的技术，具有快速、精密、可成型复杂形状的优点，被认为有望推动第三次工业革命。当前，主流3D快速成型技术有五种：选择性激光烧结技术(简称SLS)、熔融沉淀技术(简称 FDM)、直接三维打印技术(简称3D)、立体光固化技术(简称SLA)和分层实体成型技术(简称LOM)。这五种技术都有用于制备碳化硅陶瓷的报道。其中直接三维打印技术可保证复杂形状的成型，黄小婷等报道了以莰烯、碳化硅、粘结剂、分散剂制备了有一定固含量的陶瓷料浆，采用3D技术制备了陶瓷坯体(参见《3D打印碳化硅陶瓷制备及性能研究》，黄小婷等，中国硅酸盐学会特种陶瓷分会，第十九届全国高技术陶瓷学术年会摘要集，2016:1)，但是，该技术实现碳化硅粉末成型必须添加足够多的有机物，这些有机物高温裂解后必定留下较多孔隙，所形成的孔径不可控。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种3D成型制备孔径可控的碳化硅陶瓷的方法，制得的碳化硅陶瓷具有孔径可控的特点。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种3D成型制备孔径可控的碳化硅陶瓷的方法，包括以下步骤：

1)提供碳化硅粉体，所述碳化硅粉体的平均球形度满足Φ≤1.10；

所述碳化硅粉体的粒径分布为窄粒径分布，满足1≤D₉₅/D₅≤1.85；

2)取两种不同粒径的所述步骤1)中的碳化硅粉体，由大到小依次为D_50粗、D_50细，所述两种粒径的关系为D_50细≤(0.1～0.2)D_50粗，13.0μm≤D_50粗≤60.0μm， D_50细≥1.3μm；

分别对两种不同粒径的所述步骤1)中的碳化硅粉体表面包覆聚碳硅烷和二氧化硅粉的混合物，分别得到粗、细两种粒径的包覆粉；

所述包覆粉的包覆厚度与碳化硅粉体粒径的比值独立地为1/5～1/10；

3)将所述步骤2)得到的粗、细两种粒径的包覆粉按质量比为100： (0.2～1.6)的比例混合，得到打印粉；

4)将所述步骤3)得到的打印粉进行3D打印，得到陶瓷生坯；

所述3D打印使用的“墨水”为聚碳硅烷的四氢呋喃溶液，所述聚碳硅烷的四氢呋喃溶液的质量浓度为0.5％～1.3％；

5)将所述步骤4)得到的陶瓷生坯进行真空烧结，得到孔径可控的碳化硅陶瓷。