[发明专利]一种梯度材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种梯度材料及其制备方法，梯度材料的制备方法，包括以下步骤：(1)铺设并压实基体粉末，对所述基体粉末预热，所述预热的温度低于所述基体粉末的熔点；(2)取增强相材料制备形成增强相墨水，使用喷头将所述增强相墨水喷墨打印至所述基体粉末上，形成单层喷墨粉层，并烧结成型；(3)重复步骤(1)和(2)，层层堆叠，制备出梯度材料；在重复过程中，所述增强相墨水的喷墨量在所述单层喷墨粉层中沿所述喷墨打印的打印移动方向递增或递减，或者所述增强相墨水的喷墨量沿所述梯度材料的厚度方向逐层递增或递减。本发明提供的制备方法通过控制增强相墨水的喷墨打印量即可实现梯度的制备，制备方式简单，制备效率高。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其是涉及一种梯度材料及其制备方法。

背景技术

梯度材料是一种新型材料，通过材料内部成分或结构呈现梯度分布，使材料的性能也呈特定的梯度变化，满足制件的特殊性能需求，适应多重复杂的工作环境。

传统的梯度材料的制备主要通过气相沉积、粉末冶金、离心浇铸等方法。由于需要经过复杂的加工及装配过程，这些传统制备梯度材料的方法耗时长、成本高。增材制造技术，又被称为3D打印技术，不同于传统加工制备技术，它能在不使用模具的情况下快速地生产制件，已广泛地被应用在航空航天、医疗、建筑、原型开发等领域。现有采用3D打印制备梯度材料时，通常需要配置不同浓度梯度的材料，制备过程较为繁琐、费时。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种梯度材料的制备方法，不需要专门配置不同浓度的溶液，制备过程简单能够快速制备得到梯度材料。

本发明还提出一种利用上述制备方法制得的梯度材料。

本发明的第一方面，提供一种梯度材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)铺设并压实基体粉末，对所述基体粉末预热，所述预热的温度低于所述基体粉末的熔点；

(2)取增强相材料制备形成增强相墨水，使用喷头将所述增强相墨水喷墨打印至所述基体粉末上，形成单层喷墨粉层，并烧结成型；

(3)重复步骤(1)和(2)，层层堆叠，制备出梯度材料；在重复过程中，所述增强相墨水的喷墨量在所述单层喷墨粉层中沿所述喷墨打印的喷头移动方向递增或递减，或者沿所述梯度材料的厚度方向逐层递增或递减。

上述的“喷头移动方向”是指在制备单层喷墨粉层时，喷头沿着基体粉末进行增强相墨水喷墨的移动方向。

在制备单层喷墨粉层时，增强相墨水的溶剂蒸发，溶质均匀铺在基体粉末形成的粉层表面，在100μs内完成溶质渗入，制备过程非常迅速。且由于溶剂蒸发，喷墨的饱和量远大于粉床自身的孔隙。后续烧结成型时，加热熔池形成的局部流动，使得增强相材料能够与基体粉末较均匀地混合，从而使得制备形成的单层喷墨粉层性能均匀，进而保证最终梯度材料具有较好的性能。

根据本发明实施例的梯度材料的制备方法，至少具有如下有益效果：

本发明实施例提供了一种基于喷墨烧结技术制备梯度材料的方法，通过调整增强相墨水的喷墨量在单层喷墨粉层中递增或递减，实现了横向梯度材料的制备，通过在逐层制备材料时调整增强相墨水的喷墨量在材料厚度方向上递增或递减，实现了纵向梯度材料的制备。本发明实施例通过在基体粉末形成的粉层上有选择性地喷射增强相墨水，提高了被喷射墨水的基体粉末在烧结成型过程中对加热源的吸收率，使被喷墨的粉末在热源如红外的照射下短时间内升温进而烧结成型，而未被喷墨的粉末保持原始状态，以此方式层层堆叠，最终快速制备出复杂形状的梯度材料，梯度材料中增强相材料含量低的区域强度一般，增强相材料含量高的区域强度极好，能够用于预测材料失效破坏的过程，适应多重复杂的工作环境，能够作为高强度材料与低强度材料的性能过渡层，减缓应力集中。相较于其他制备方式，本发明实施例提供的制备方法通过控制增强相墨水的喷墨打印量即可实现梯度的制备，制备方式简单，制备效率高。