[发明专利]一种光固化3D打印用SiC陶瓷光敏浆料及其制备方法

说明书

本发明公开一种光固化3D打印用SiC陶瓷光敏浆料及其制备方法。所述光固化3D打印用SiC陶瓷光敏浆料包括光敏树脂、碳化硅粉和级配二氧化硅粉；所述光敏浆料中碳化硅粉的含量为25～40vol%；所述级配二氧化硅粉由粗粒径二氧化硅粉和细粒径二氧化硅粉按照质量比10：0～0：10级配而成；所述级配二氧化硅粉与光敏树脂的体积比为（0.05～0.2）：1。所述光固化3D打印用SiC陶瓷光敏浆料通过引入具有低吸光度的级配二氧化硅作为填料以提升浆料的可打印性。

技术领域

本发明涉及一种光固化3D打印用SiC陶瓷光敏浆料及其制备方法，属于结构陶瓷领域。

背景技术

碳化硅陶瓷具有高强度、高硬度、高热导率、高耐磨性、高温稳定性、耐腐蚀性、抗中子辐照等优异性能，可以广泛应用于机械、化工等领域。近年来，航空航天、汽车等领域对碳化硅陶瓷部件提出了大型化、复杂化的新需求趋势。然而，传统的陶瓷材料成型方法包括干压成型、注射成型、流延成型、注浆成型等，在制备发动机喷嘴、襟翼、涡轮叶片、起落架舱门等复杂、大型的陶瓷结构部件时存在很大困难。另一方面，陶瓷材料的高硬度、高脆性使其难以减材加工，因此急需寻找一种近净成型复杂结构的新技术。相对于传统成型、烧结方法的局限，3D打印技术可满足制造业对零件大型、复杂结构的需求。常见的陶瓷3D打印技术包括光固化成型(SLA/DLP/LCD)、选区激光烧结成型(SLS)、直写成型(DIW)、分层制造成型(LOM)等。其中，DIW技术由于打印喷头管径的限制容易导致打印精度较差；LOM技术需要预制层状材料，且打印过程材料损耗严重；SLS技术在打印过程中会产生残余热应力，造成生坯存在孔隙或裂纹，容易对产品的力学性能产生不利影响。光固化成型作为目前商用最广泛的3D打印技术，制备的零件具有精度高、表面质量好、力学性能优良等特点。

中国专利CN 111056853A公开一种制备碳化硅陶瓷复合材料的方法，将碳纤维和光敏树脂混合得到光敏浆料，将光敏浆料逐层打印形成三维实体，再经过紫外光固化得到碳纤维预制体；将碳纤维预制体经过脱粘处理后得到三维纯碳纤维支架；将三维纯碳纤维支架经过液相渗硅反应烧结，得到碳化硅陶瓷复合材料。具有强吸光性和高折射率的碳化硅或碳纤维会严重减弱紫外光在光敏浆料中的穿透深度，从而弱化光敏树脂的固化效果。当前虽然有研究配置出固含量高达45vol％的碳化硅陶瓷浆料，但是该浆料粘度过大(30Pa·s)，且固化厚度70μm，无法满足大型结构的打印成型速率要求。另有研究通过成型碳纤维或金刚石光敏浆料，后续通过反应烧结间接制备碳化硅陶瓷，但上述方法配制的光敏浆料固含量25vol％，反应烧结后的碳化硅部件中存在大量残余硅，硅的残留会降低碳化硅部件的热导率，这对产品的热学性能产生较大负面作用。

发明内容

为解决碳化硅陶瓷强吸光性和高折射率导致光固化3D打印浆料的固含量和固化厚度较低的问题，本发明提供一种高固含量、低粘度、低沉降速率、高固化厚度的光固化3D打印用SiC陶瓷光敏浆料及其制备方法，通过引入具有低吸光度的级配二氧化硅作为填料以提升浆料的可打印性。

第一方面，本发明提供一种光固化3D打印用SiC陶瓷光敏浆料。所述光固化3D打印用SiC陶瓷光敏浆料包括光敏树脂、碳化硅粉和级配二氧化硅粉；所述光敏浆料中碳化硅粉的含量为25～40vol％；所述级配二氧化硅粉由粗粒径二氧化硅粉和细粒径二氧化硅粉按照质量比10：0～0：10级配而成；所述级配二氧化硅粉与光敏树脂的体积比为(0.05～0.2)：1。碳化硅粉体是一种吸光度、折射率均很高的陶瓷材料。通过级配碳化硅粉体很难将打印浆料的固含量明显提升。本发明利用吸光度和折射率均较低的二氧化硅进行级配，在后续烧结过程中可以通过碳热还原等方式将二氧化硅转换为碳化硅。据此引入级配二氧化硅作为浆料的填料以改善浆料的固化性能、沉降性能和粘度是本发明的显著特色之处之一。

较佳地，粗粒径二氧化硅粉的平均粒径D₅₀为20～40μm，细粒径二氧化硅粉的平均粒径D₅₀为0.5～3μm。

较佳地，所述粗粒径二氧化硅粉和细粒径二氧化硅粉的质量比为1：(1.5～4)。