[发明专利]一种无粘结剂的陶瓷浆料激光选区熔化/烧结成形方法

说明书

本发明公开了一种无粘结剂的陶瓷浆料激光选区熔化/烧结成形方法，首先将陶瓷粉末与水按比例混合成悬浮液浆料，再在成形基板表面预置30μm～150μm厚度的浆料层，加热蒸发去除大部分水分后，采用SLM/SLS成形技术，利用连续型光纤激光器根据切层数据在去除部分水分后的粉层上进行扫描，并重复预置粉层到打印的过程多次，层层叠加获得陶瓷成形零件。与粉末相比，经过蒸发的陶瓷浆料原始致密度更高，粉末分布更均匀，同时，预置浆料粉层由于残留水分的作用在激光的冲击下不易飞溅。采用本发明的陶瓷浆料激光选区熔化/烧结成形方法，可获得相对致密度在93％以上、维氏硬度在1500MPa以上的陶瓷零件。

技术领域

本发明属激光选区熔化/烧结(Selective Laser Melting/Selective LaserSintering,SLM/SLS)成形技术领域，涉及一种无粘结剂的陶瓷浆料SLM/SLS成形方法。

背景技术

陶瓷材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、耐高温、绝热性好等优点，在能源、机械电子、航空航天、计算机、生物工程等领域显示出日益广阔的应用前景。但复杂陶瓷零件难以加工成形一直是制约陶瓷应用的一大难点。

现有的陶瓷零件成形多采用热压烧结。热压烧结是在烧结过程中同时施加一定的外力(一般压力在10～40Mpa之间，取决于模具的材料所能承受的强度)，使材料加速流动、重排和致密化。通常热压烧结获得的制品密度较高，可达理论密度的99％以上，由于在较低的温度下烧结，抑制了晶粒的生长，所得的烧结晶粒较细，具有较高的强度。然而热压烧结的缺点是过程及设备复杂，生产控制要求严，模具材料要求高，能源消耗大，生产效率较低，生产成本高。

SLM/SLS是近些年发展起来的增材制造技术，基于增材制造基本原理，利用离散材料逐层叠加“生长”加工的方式直接成形具有特定几何形状的零件，具有精度高、材料利用率高、零件致密性好、工艺简单等优点。陶瓷粉末和添加粘结剂的陶瓷浆料都是常见的成形原料。粉末成形陶瓷零件存在铺粉困难、预置粉层致密度低等问题。而使用添加粘结剂的陶瓷浆料成形陶瓷零件时，需要脱脂等复杂后处理，步骤繁琐。陈思翰等人利用SLS技术对添加了SiO₂溶胶的SiO₂浆料进行烧结，制备出三维SiO₂陶瓷喷嘴生坯，但实际应用时还必须进行研磨、熔渗和烧结等后处理(陈思翰等.用选择性激光烧结技术制作陶瓷原件研究[J].西安交通大学学报,2011,45(11).)。Hsiao-Chuan Yen提出了一种添加硅溶胶和聚乙烯醇作为粘结剂制备SiO₂浆料，然后通过激光选区扫描来成形陶瓷件的方法，但成形后的原件需要进行1200℃的热处理去除聚乙烯醇材料(Hsiao-Chuan Yen.A new slurry-basedshaping process for fabricating ceramic green part by selective laserscanning gelled layer[J].Journal of the European Ceramic Society,2012,32(12):3123-3128)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无粘结剂的陶瓷浆料激光选区熔化/烧结成形方法，将陶瓷粉末分散在水中制备出无需粘结剂的陶瓷浆料，再蒸发去除粉层中的大部分水分获得致密化的陶瓷粉层，采用SLM/SLS技术成形陶瓷零件。

一种无粘结剂的陶瓷浆料激光选区熔化/烧结成形方法，具体步骤如下：

步骤1，将陶瓷材料粉末分散在水中，搅拌混合均匀，制备质量浓度为30％～70％的陶瓷悬浮液浆料；

步骤2，将制备好的陶瓷悬浮液浆料在成形基板表面预置一层30μm～150μm厚度的浆料层，将预置好的陶瓷浆料层在80～120℃下加热，蒸发去除80％至95％的水分；

步骤3，采用SLM/SLS成形方法，利用激光根据切层数据在去除部分水分后的粉层上进行扫描，扫描结束后，待熔化或烧结区域的温度冷却至50～130℃；