[发明专利]一种粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法

说明书

本申请属于碳化硅陶瓷复合材料技术领域，具体涉及一种粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，包括如下步骤：复合粉体制备：将含碳粉体、分散剂、高残碳粘结剂和溶剂混合、球磨得到浆料，浆料烘干或喷雾造粒，得到流动性良好的复合粉体，所述含碳粉体为碳粉、短切碳纤维粉体、碳化硅粉体中的一种或几种；粘结剂喷射打印：选择喷射粘结剂，设置打印参数，根据碳化硅陶瓷复合材料的设计结构进行粘结剂喷射打印，得到陶瓷素坯；脱脂：将陶瓷素坯进行高温脱脂，得到样品；渗硅烧结：对样品进行渗硅处理，得到高致密的碳化硅陶瓷复合材料。本申请有利于碳化硅在陶瓷体系内的均匀分布，从而获得性能更优的粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料。

技术领域

本申请属于碳化硅陶瓷复合材料技术领域，具体涉及一种粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法。

背景技术

碳化硅陶瓷及其复合材料在航空、航天、核工业等各个行业均有广泛应用，如：热交换器、微通道反应器、半导体硬件(吸盘/导轨/平台)、高功率器件、光学应用部件等等。常规碳化硅陶瓷及其复合材料具有较高的硬度，需要经过金刚石加工，加工成型困难较大。同时其较差的导电性也难以满足电火花加工的要求，难以实现碳化硅陶瓷复合材料快速精密的加工是制约碳化硅陶瓷复合材料应用的主要瓶颈之一。

基于以上缺点，结合3D打印技术的碳化硅陶瓷及其复合材料制备技术成为目前研究和应用的主要发展方向，3D打印技术是一种与传统材料加工方法截然相反的增材制造技术，以三维数字模型设计为基础，经过软件分层离散和数控成型系统，将陶瓷粉末、树脂、金属粉末等材料进行分层加工、堆积粘结，最后叠加成型，制造出三维实体。3D打印技术相对于传统制造方法来说更加节省原材料，进行复杂结构的快速制造，缩短研发周期，更加适合个性化产品的生产，目前已经广泛应用于生物医学、组织工程、汽车部件、航空航天、微纳器件等领域。

目前3D打印碳化硅陶瓷及其复合材料的方法有多种，主要有熔融沉积制造技术(Fused deposition modeling-FDM)、光固化成型技术(Stereo lithography–SL)、分层实体制造技术(Laminated Object Manufacturing-LOM)、激光选区烧结技术(Selectivelaser sintering–SLS)、激光选区融化技术(selective laser melting–SLM)、直写自由成型(Direct Ink Writing，DIW)，这些方法中，FDM技术打印速度慢效率低，成型精度较低；光固化技术由于碳化硅粉体对光的吸收能力强，必须对碳化硅粉体进行改性，对有机粘结剂要求高，成本高昂，目前仅仅打印小尺寸的样品；LOM技术只可以对面材料叠层成型，目前应用范围小；激光选区烧结技术对设备要求高，成型后材料固含量低；陶瓷浆料直接打印DIW等方法，由于大量溶剂(水)的存在，在干燥过程中陶瓷坯体容易开裂，不容易制备大尺寸的碳化硅陶瓷及其复合材料。粘合剂喷射打印技术(BJP)是一种通用的增材制造(AM)技术，粘结剂喷射技术的打印过程是通过喷嘴喷射液体粘结剂将粉末选择性地粘合在薄层中，一层一层的重复粘合的过程，其可以用各种粉末材料(金属、陶瓷和聚合物)制造高精度复杂形状产品，非常适合大尺寸高精度复杂形状碳化硅陶瓷及其复合材料的3D打印成型。

但是，3D打印所用陶瓷粉体的分散性对所制备碳化硅陶瓷复合材料的影响很大，如果粉体分散性差，则打印形成的陶瓷素坯中会出现较多的团聚，导致打印形成的孔隙大小不一、分布不均匀，也会影响后续的渗硅烧结，可能会导致很多地方无法形成硅渗入，从而导致无法反应生成碳化硅，出现很多“夹生”现象，严重影响碳化硅陶瓷复合材料的性能。

发明内容

为了解决上述问题，本申请公开了一种粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法。

本申请提供一种粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，采用如下的技术方案：

一种粘结剂喷射打印碳化硅陶瓷复合材料的制造方法，包括如下步骤：