[发明专利]基于3D打印技术制备金属基复合材料坯料的方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印技术制备金属基复合材料坯料的方法，本发明可以实现陶瓷骨架增强金属基复合材料的制备，通过增强体材料的按需设置，即在强度要求较高的区域，添加增强相并进行固化烧结处理，提高强度；在韧性要求较高的区域形成不加增强相固化烧结处理，以此保证材料具有较好的韧性，通过增强体材料的按一定路径进行分布，在材料内部形成陶瓷骨架，避免传统方式制备陶瓷骨架复合材料过程中金属浸润不足的现象。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及基于3D打印技术制备金属基复合材料坯料的方法。

背景技术

复合材料的组成包括基体和增强材料两个部分。非金属基体主要有合成树脂、碳、石墨、橡胶、陶瓷；金属基体主要有铝、镁、铜和它们的合金；增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维等有机纤维和碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝及硬质细粒等。复合材料根据其组成可分为金属与金属复合材料；金属与非金属复合材料；非金属与非金属复合材料三种。根据结构特点又可分为纤维复合材料、层叠复合材料、细粒复合材料和骨架复合材料。

层叠复合材料，又称层合复合材料，由于具有良好的热稳定性、高的比刚度、高的比强度等优点，广泛应用于航空航天、军事、汽车等领域。层叠复合材料分为双层金属复合材料和夹层复合材料以及多层复合材料；双层金属复合材料是将特性不同的两种金属，用胶合或者融合铸造，热压、焊接、喷涂等方法复合在一起；夹层复合材料是性质完全不同的表面材料与芯材复合而成的一种材料；多层复合材料是将几种不同的材料叠层粘粘在一起。叠层材料根据不同的材料制备方式不同，造成工序繁杂，可控性差；并且需要对叠层材料按照所需的性能进行设计，工序难度成倍增加；比如中间层的形状变化，以实现材料的性能增强等等；以及叠层材料的按需设计，目前还很能实现。

传统的骨架复合材料利用粘结剂将增强体材料材料粘结起来进行烧结，形成多孔材料或空间骨架结构，再进行金属材料的浸润，形成以增强体材料为骨架的复合材料，如碳化硅骨架增强型复合材料等，能够提升材料的强度和韧性，但是陶瓷骨架在金属液浸润的过程中容易出现浸润不足的现象，因此工艺复杂，可操作性差，以及造成成品率低。为了解决上述问题，本领域研究人员一直探索一种工艺简单，操作性强，成品率高的骨架复合材料，以期能够解决复合材料内部陶瓷骨架的定制化操作，实现高性能陶瓷骨架复合材料的制备。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明申请人提供了一种基于3D打印技术制备金属基复合材料坯料的方法。本发明能够实现增强体材料的按需分布，实现复合材料内部增强相层的定制化操作，制备性能良好的金属基复合材料。

本发明的技术方案如下：

基于3D打印技术制备金属基复合材料坯料的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)选择基体材料：选取一定规格的金属粉末材料；

(2)选择增强材料：选取一定规格的增强体材料；

(3)利用物理或者化学方法将工作平台粗糙化处理；

(4)在粗糙化处理的工作平台上预铺一层如步骤(1)所述的金属粉末材料；第一层金属粉末在平台上附着时，不容易附着，将平台粗糙化处理，有助于底层第一层金属附着。

(5)利用辐射的方式将步骤(4)的材料加热处理，工作平台下移；辐射的方式可以为辐射加热或者激光射线扫描，对于熔点较低的金属，可以利用辐射的方式加热，对于增强体材料用激光扫描的方式；可以用两种方式：一种辐射加热金属材料，激光扫描增强体材料；一种是金属材料和增强体材料都用激光扫描，两者用不同频率的激光，优选后者；工作平台下移便于对第二层材料的附着，在激光烧结的情况下时，容易聚焦，避免因为平台层面的增加，激光聚焦发生变化，而使得加工过程控制复杂。

(6)重复步骤(4)和步骤(5)，使工作台上形成一定厚度的底层固结金属层；