[发明专利]用于3D打印的无压快速烧结装置及烧结方法

说明书

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种用于3D打印的无压快速烧结装置及烧结方法。无压快速烧结装置包括炉体、底座、上电极、下电极、上石墨电极、下石墨电极、烧结模具、电流控制系统和烧结控制系统；上石墨电极和所述下石墨电极分别位于烧结模具两端，上石墨电极和下石墨电极分别与上电极和下电极相连，下电极通过底座与炉体隔开；电流控制系统与上电极和下电极连接，用于控制上电极和下电极的电压和电流；烧结控制系统与电流控制系统连接，用于控制设备的启动和烧结工艺参数。本发明有效地解决目前快速烧结设备无法用于3D打印复杂结构件烧结的问题，极大地提高了生产和研发效率，本发明可以获得具有纳米晶陶瓷特殊性能的3D打印产品。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种用于3D打印的无压快速烧结装置及烧结方法。

背景技术

3D打印是一种基于离散/堆叠成型原理的增材制造技术，成型过程无需借助模具，可以实现中空、薄壁等复杂结构零件的快速制造，在微流控芯片、微机械、航空航天、汽车等领域具有广阔的应用前景，也是目前的研究热点之一。陶瓷材料经过光固化成型、粘合剂喷射成型、挤出成型等3D打印技术处理后，还需进行烧结处理过程。烧结是高性能陶瓷等先进结构和功能材料制备过程中最关键的步骤之一。

快速烧结不仅可以提高生产效率和降低能耗，还可以获得纳米晶陶瓷等具有特殊性能的材料，是目前国内外关注的研究方向。快速烧结通过极快的升温速率可以抑制升温过程中烧结初期的表面扩散所导致的颈部生长及烧结激活能的低效率损耗，从而使坯体在烧结中期保留了较强的烧结活性和物质扩散速度，因此提高了烧结致密化速率。通过快速升温可以一定程度地降低烧结温度和极大地缩短烧结时间，整个过程甚至可以数秒内完成。由于烧结时间短，使得烧结过程中晶粒生长受到抑制，从而可以得到晶粒更加细小的烧结产品。

目前快速烧结技术主要包括微波烧结(MW)、放电等离子烧结(SPS)和闪烧(FS)。微波烧结依赖材料的微波吸收特性，应用范围窄。SPS技术在烧结过程需要使用模具来约束烧结材料，只能得到片状、棒状等简单结构的产品。闪烧需要在样品的两侧涂上导电电极，会对样品造成一定的污染，而且形状主要为狗骨头形和圆片形，难以实现复杂结构件的快速烧结。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种用于3D打印的无压快速烧结装置及烧结方法，用于烧结3D打印技术打印的复杂结构件，提高无压烧结的烧结速率，从而提高生产和研发效率。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

第一方面，本发明提供一种用于3D打印的无压快速烧结装置，所述无压快速烧结装置包括炉体、底座、上电极、下电极、上石墨电极、下石墨电极、烧结模具、电流控制系统和烧结控制系统；

所述上石墨电极和所述下石墨电极分别位于所述烧结模具两端，所述上石墨电极和下石墨电极分别与上电极和下电极相连，所述下电极通过底座与炉体隔开；

所述电流控制系统与上电极和下电极连接，用于控制上电极和下电极的电压和电流；

所述烧结控制系统与电流控制系统连接，用于控制设备的启动和烧结工艺参数。

进一步的，在上述用于3D打印的无压快速烧结装置中，所述烧结模具包括上石墨垫块、中空圆柱形石墨模具、承烧板、隔热块，下石墨垫块；所述上石墨垫块和下石墨垫块分别与上石墨电极和下石墨电极相连；上石墨垫块、中空圆柱形石墨模具以及下石墨垫块形成密封的烧结室；所述隔热块位于烧结室内部，置于下石墨垫块的上方；所述承烧板位于隔热块上方，用于放置待烧结坯体；隔热块将承烧板与烧结模具底部隔开，使得承烧板上的待烧结坯体受热更加均匀。

进一步的，在上述用于3D打印的无压快速烧结装置中，所述烧结模具还包括设置在中空圆柱形石墨模具外表面的测温元件。通过测温元件可以测量和控制烧结模具的温度。