[发明专利]一种多孔结构陶瓷及其制备方法

说明书

本发明属于陶瓷材料技术领域，公开了一种多孔结构陶瓷及其制备方法。所述多孔结构陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(1)采用间接选择性激光烧结技术进行成型，得到陶瓷基素坯；(2)将所述陶瓷基素坯置于浸渍溶液中，浸渍完成后用水清洗；所述浸渍溶液包括含硅元素的溶胶和水溶性酚醛树脂；(3)将浸渍完成后的陶瓷基素坯进行干燥固化；(4)重复步骤(2)和步骤(3)的操作，直至所述陶瓷基素坯的增重率≤1％，得到待烧结陶瓷基素坯；(5)烧结：将步骤(4)中所述待烧结陶瓷基素坯置于真空烧结炉中进行烧结，制得多孔结构陶瓷。所制得的多孔结构陶瓷产品具备良好的力学性能，能够满足实际使用的需求。

技术领域

本发明属于陶瓷材料技术领域，特别涉及一种多孔结构陶瓷及其制备方法。

背景技术

目前对于宏观复杂多孔结构的大尺寸零件制作，仍没有综合性能较好的成型方式来实现，其中常规的模具成型、浇筑成型等工艺完全不能制备该类型结构零件；而通过牺牲模具的方式所制备的多孔结构零件的生产成本高，表面精度低，制备工艺复杂，难以满足实际应用的需求；而采用直写式或光固化等方式三维成型方式只能制备尺寸较小的零件，选择性激光熔融制备该类零件时会存在内部微裂纹的缺陷影响使用性能。

而选择性激光烧结技术(SLS)具有成型速度快、精度高、材料广，可制备复杂结构的优点，间接SLS技术成型材料可以不受材料烧结温度限制，在三维成型复杂结构陶瓷/金属零件中具有良好的应用前景。但利用SLS技术直接制备复杂陶瓷/金属零件需要很高的烧结温度，目前主要采用间接选择性激光烧结技术(SLS)结合熔融温度较低的粘结剂来成型复杂结构零件。可是，采用间接选择性激光烧结技术所成型的陶瓷素坯具有较大的孔隙率，直接烧结的陶瓷没有强度或者强度很低，不能满足实际应用的要求。

因此，如何解决采用间接选择性激光烧结技术所成型的陶瓷孔隙率过大，强度过低的缺陷，从而制得宏观大尺寸、结构复杂的多孔陶瓷仍是一项具有挑战性的任务。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种多孔结构陶瓷及其制备方法，所述制备方法能够解决采用间接选择性激光烧结技术所成型的陶瓷孔隙率过大，强度过低的问题，所制得的多孔结构陶瓷产品具备良好的力学性能，能够满足实际使用的需求。

本发明提供了一种多孔结构陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

(1)制备素坯：采用间接选择性激光烧结技术进行成型，得到陶瓷基素坯；

(2)浸渍：将所述陶瓷基素坯置于浸渍溶液中，浸渍完成后用水清洗；所述浸渍溶液包括含硅元素的溶胶和水溶性酚醛树脂；

(3)干燥固化：将浸渍完成后的陶瓷基素坯进行干燥固化；

(4)重复步骤(2)和步骤(3)的操作，直至所述陶瓷基素坯的增重率≤1％，得到待烧结陶瓷基素坯；

(5)烧结：将步骤(4)中所述待烧结陶瓷基素坯置于真空烧结炉中进行烧结，制得多孔结构陶瓷。

本发明通过将陶瓷基素坯置于浸渍溶液中进行浸渍，使含硅元素的溶胶中的纳米颗粒和水性酚醛树脂充分填充于陶瓷基素坯的孔隙中；在高温烧结过程中，溶胶中的水性酚醛树脂在高温下碳化，并与溶胶中的硅元素反应生成碳化硅，最终在高温下烧结形成具有较高强度的多孔结构陶瓷产品。

优选的，步骤(1)中采用间接选择性激光烧结技术进行成型的方法，包括以下步骤：

设计模型后，以STL格式将模型信息导入SLS打印设备，采用复合粉体进行逐层打印，得到陶瓷基素坯；所述复合粉体由粘结剂和陶瓷基体材料组成。

更优选的，所述复合粉体的粒径为1-45μm，所述陶瓷基体材料与粘结剂的质量比为20：(1-2)。