[发明专利]一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法及装置

说明书

本发明公开了一种SLS‑FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法及装置，该方法包括步骤1，打印图形并规划路径；步骤2，将长纤维材料挤出并在工作台上以规划路径来回铺满第一个规划加工面；步骤3，陶瓷基体粉末均匀地铺满当前的规划加工面的长纤维材料上；步骤4，通过激光将挤出的长纤维材料与陶瓷基体粉末进行烧结；步骤5，以垂直上一个加工面的加工方向以规划路径将长纤维材料来回铺满下一个规划加工面，重复步骤3和步骤4；重复步骤5，直至加工完成。该装置适用该方法制备陶瓷基复合材料。该方法制备的陶瓷基复合材料的纤维直径小、连续性好、长度大并且在高温高压下具有较高抗拉强度和刚度，最终得到高质量的陶瓷基复合材料。

技术领域

本发明涉及加工方法及加工装置，尤其涉及一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法及装置。

背景技术

陶瓷基复合材料是陶瓷基体与高强度、高弹性纤维的复合，纤维成分与基体成分相同或相近，用以阻止材料中裂纹的扩展，改善陶瓷的韧性。陶瓷基复合材料具有轻量化、耐高温、高强度等特点，在航空发动机领域有显著的应用。SiC/SiC陶瓷基复合材料由两部分组成：SiC纤维和SiC基体，对于SiC/SiC陶瓷基复合材料来说，SiC纤维是骨架，承担主要的载荷，SiC基体缓冲并将载荷传递给SiC纤维，对SiC纤维有一定的保护作用。因此，对于SiC/SiC陶瓷基复合材料来说，SiC纤维的性能至关重要。

选择性激光烧结，简称SLS，是一种被广泛应用的快速成型技术。在成型过程中，材料层层堆叠，激光在每层材料堆叠其间进行扫描烧结，使新粉末与成型基底粘结生长。该方法不受三维零件复杂程度的限制，无需任何工装模具即可制造出零件。熔融沉积制造，简称FDM，是一种将材料在喷头内加热融化同时沿着轮廓填充轨迹挤出成型的增材制造技术，材料迅速凝固并与周围材料相结合。

但是单独采用选择性激光烧结或熔融沉积制造进行陶瓷基复合材料的制备其得到的纤维成分的直径不够小、连续性不够好、长度不够大，并且在高温高压下抗拉强度和刚度有限。

发明内容

本发明提供了一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法及装置，其克服了背景技术中所述的现有技术的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法，它包括如下步骤：

步骤1，打印图形并规划路径；

步骤2，将长纤维材料挤出并在工作台上以规划路径来回铺满第一个规划加工面；

步骤3，陶瓷基体粉末均匀地铺满当前的规划加工面的长纤维材料上；

步骤4，通过激光将挤出的长纤维材料与陶瓷基体粉末进行烧结；

步骤5，以垂直上一个加工面的加工方向以规划路径将长纤维材料来回铺满下一个规划加工面，重复步骤3和步骤4；

重复步骤5，直至加工完成。

一实施例之中：该长纤维材料包括长纤维和粘结剂。

一实施例之中：该长纤维材料包括SIC纤维和硅基粘结剂。

一实施例之中：该陶瓷基体粉末为SIC粉末。

一实施例之中：该SIC纤维表面具有掺硅BN涂层。

一实施例之中：该掺硅BN涂层的厚度在0.1～0.5μm，Si的质量比例为0.1％～0.5％。

一实施例之中：该硅基粘结剂为含有Si、C的有机溶剂，并带有烧结辅助剂，该硅基粘结剂在高温加热以后转化为无机硅并在烧结辅助剂作用下与C反应生成β-SiC相。

一实施例之中：该SIC粉末表面包裹硅基有机物。