[发明专利]一种适用于立体光刻技术的陶瓷类材料SiC晶须及制备方法

说明书

本发明涉及一种适用于立体光刻技术的陶瓷类材料SiC晶须及制备方法，组合物包括：SiC晶须、光敏树脂、分散剂、流变助剂。制备步骤为SiC晶须预处理、SiC晶须素坯的制备、SiC晶须预制体的排胶、SiC基体的制备。本发明所提供的技术方案，成型精度高，微观结构均匀且可设计，可成型型面复杂构件，推动了立体光刻技术在陶瓷领域应用，解决了现有方法依赖模具、成型复杂型面构件困难、且微观结构不均匀的问题，其制备的SiC晶须增强SiC‑CMC材料具备各向同性，即在各个方向的结构与功能特征基本一致，这使得SiC晶须增强SiC‑CMC材料更有潜力应用于航空航天领域需承受较高且复杂应力条件的热端部件。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种适用于立体光刻技术的陶瓷类材料SiC晶须及制备方法，具体涉及一种立体光刻技术(SLA)结合先驱体浸渍裂解法(PIP)制备碳化硅晶须增韧碳化硅陶瓷基复合材料的方法。

背景技术

陶瓷基复合材料(CMC)，特别是非氧化物陶瓷基复合材料(如碳化硅陶瓷基复合材料，SiC-CMC)由于具有耐高温、高强度、高硬度、高弹性模量、热化学稳定性等优异性能，在航空航天领域有着广泛的应用前景。SiC-CMC的增强体主要包括颗粒、晶须、短切纤维和连续纤维等。其中，采用连续纤维作为增强体的CMC具有良好的强韧性，但由于连续纤维预制体在CMC中的取向特征使CMC表现出各向异性，即在各个方向的(热)物理性征、承载能力、功能特性等不一致；相比之下，采用力学性能优异的晶须作为增强体的CMC可实现各向同性，即在各个方向的结构与功能特征基本一致，这使SiC晶须增强SiC-CMC更有潜力应用于航空航天领域需承受较高且复杂应力条件的热端部件。

目前，SiC-CMC的晶须预制体制备方法主要为依赖模具的传统成型工艺如：冷压成型、凝胶注膜等。采用传统成型工艺制备SiC晶须预制体时容易出现材料微结构/组织不均匀等问题，而且较难实现大尺寸或复杂型面热端部件的近净尺寸成型，一般需借助不同加工手段达到构件形状和尺寸要求，因此，亟需发展新的SiC晶须预制体成型方法。SiC-CMC的致密化工艺主要为先驱体浸渍裂解法(PIP)、化学气相渗透法(CVI)、反应熔融渗透法(RMI)，三种致密化工艺各有特点，因此，需要选择与新的SiC晶须预制体成型方法相匹配的SiC-CMC致密化工艺，解决上述材料及构件制造问题。

增材制造技术(俗称3D打印技术)基于三维CAD模型数据，通过添加材料逐层制造的成型方式制备材料。与传统的去除/切削加工、组装材料的模式不同，这是一种“自下而上”、“从无到有”的材料制造方法，这便使过去受到传统制造方式约束而无法实现的复杂结构件的制造变为可能。李小丽等在文献《3D打印技术及应用趋势》中提出：“目前3D打印技术最大的问题就是打印材料问题…以色列Objet公司公布的可供3D打印的材料仅有107种…3D打印技术要想实现更多领域的应用，必须开发出更多的可打印材料…目前已开发的打印材料主要是树脂，其次是金属，陶瓷材料最少。因此，这一领域亟待开发新材料，尤其是陶瓷材料。”立体光刻技术(亦称光固化技术)是目前最受关注、发展最为迅速的增材制造技术之一。该技术可用于树脂、陶瓷等多种材料的打印成型，具有精度高、致密度高的突出优点和开发新陶瓷材料的巨大潜力。立体光刻技术的工作原理为：以光敏树脂为原料，在计算机控制下，紫外光逐层扫描零件的X-Y向截面信息，每扫描一次，当前树脂层会固化，然后工作台移动一个层厚距离，光敏树脂自动填充空隙用于下一层固化，如此反复直至零件成型完毕。