[发明专利]一种光固化3D打印硅基陶瓷型芯及其制备方法

说明书

本发明关于一种光固化3D打印硅基陶瓷型芯及其制备方法，涉及增材制造陶瓷材料领域。主要采用的技术方案为：一种光固化3D打印硅基陶瓷型芯的制备方法，包括如下步骤：1)制备光固化3D打印陶瓷型芯浆料；其中，以重量份计，光固化3D打印陶瓷型芯浆料包括：30‑50重量份的二氧化硅骨架粉体、20‑50重量份的填料、10‑15重量份的通孔剂、15‑30重量份的光固化树脂预混液；通孔剂为有机硅氧烷包覆有机纤维；2)通过光固化3D打印设备对光固化3D打印陶瓷浆料进行光固化3D打印处理，得到硅基陶瓷型芯素坯；3)对硅基陶瓷型芯素坯进行脱脂、烧结处理，得到光固化3D打印硅基陶瓷型芯。本发明主要用于确保硅基陶瓷型芯具有较高强度的基础上，提高硅基陶瓷型芯的开孔隙率。

技术领域

本发明涉及一种增材制造陶瓷材料技术领域，特别是涉及一种光固化3D打印硅基陶瓷型芯及其制备方法。

背景技术

随着涡轮叶片的发展，陶瓷型芯的制备工艺也不断发展，而高效气冷空心叶片的出现，使得陶瓷型芯的制备成为关键技术。随着空心气冷叶片内部冷却流道越来越复杂、叶片壁厚更薄、陶瓷型芯的结构更复杂、型芯的尺寸精度要求更高，这对陶瓷型芯的制备技术提出了巨大的挑战。

传统陶瓷型芯的制备工艺需要大量的模具，使得制备成本高、周期长、工序多、且难以制备更复杂结构的陶瓷型芯。而光固化3D打印技术通过数值模型逐层成形，转化为三维实体，无需模具，极大缩短了制备周期，降低了制备成本，并且为复杂型芯的制备提供了一种可靠的工艺。

二氧化硅基陶瓷型芯的热膨胀系数小、抗热震性能优良，且具有良好的冶金化学稳定性，而获得广泛的应用。利用光固化3D打印技术制备硅基陶瓷型芯，通过增加浆料的固含量，来提高陶瓷型芯的抗折强度，但却极大的降低了型芯的开孔隙率，从而影响型芯的溶失性。其中，陶瓷型芯的去除(脱除)是使强碱溶液通过型芯的开孔隙进入型芯内部对其进行腐蚀和溶解而去除的，型芯的开孔隙率对型芯的溶失性影响极大。

光固化3D打印硅基陶瓷型芯在保证较高抗弯强度的基础上，提高其开孔隙率是拓宽其工业化应用范围的重点。目前，主要的方法是通过脱脂-烧结工艺，来调控陶瓷颗粒之间的烧结程度，从而控制型芯的强度和开孔隙率；但是该种方法不能在确保型芯强度的基础上，还使型芯的开孔隙率较高。另外，还有通过在型芯中预设芯骨棒的方式，通过芯骨棒周围镀层易被腐蚀，使芯骨与陶瓷之间产生空隙，而增强陶瓷型芯的溶失性；但是，这种方法的工序复杂、工艺稳定性差、操作难度较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种光固化3D打印硅基陶瓷型芯及其制备方法，主要目的在于确保硅基陶瓷型芯具有较高强度的基础上，提高硅基陶瓷型芯的开孔隙率。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种光固化3D打印硅基陶瓷型芯的制备方法，其包括如下步骤：

1)制备光固化3D打印陶瓷型芯浆料；其中，以重量份计，所述光固化3D打印陶瓷型芯浆料包括：30-50重量份的二氧化硅骨架粉体、20-50重量份的填料、10-15重量份的通孔剂、15-30重量份的光固化树脂预混液；其中，所述通孔剂为有机硅氧烷包覆有机纤维；

2)通过光固化3D打印设备对所述光固化3D打印陶瓷浆料进行光固化3D打印处理，得到硅基陶瓷型芯素坯；

3)对所述硅基陶瓷型芯素坯进行脱脂、烧结处理，得到光固化3D打印硅基陶瓷型芯。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选的，所述有机硅氧烷包覆有机纤维中的有机纤维为聚丙烯酸纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯醇纤维中的一种或多种。

优选的，所述有机硅氧烷包覆有机纤维是以有机纤维为核、有机硅氧烷为壳的核-壳结构；优选的，所述有机硅氧烷包覆有机纤维的壳厚为0.2-2μm。