基于熔融沉积快速成型技术的碳化硅陶瓷零件制造工艺方法

摘要

本发明提出了一种基于熔融沉积快速成型(FDM)技术的碳化硅陶瓷复合材料零件制造工艺方法，其基础原理是熔融沉积快速成型工艺和反应烧结碳化硅技术的结合。主要的工艺方法是以酚醛树脂为制件成型原料，通过快速成型工艺制成原型，为碳化硅陶瓷的外形和内部组织提供有机模板，通过热解工艺转化为无机模板——三维碳支架。然后进行高温渗硅，硅在碳支架上进行原位反应形成碳化硅陶瓷及其复合材料构件。该方法改变了传统的陶瓷构件制备工艺过程，克服了传统工艺难以制造形状复杂、尺寸精密的陶瓷制件的不足，实现了碳化硅陶瓷的无模精密制造。

主权项

1.一种基于熔融沉积快速成型技术的碳化硅陶瓷零件制造工艺方法，以酚醛树脂和无机硅为原料，采用熔融沉积快速成型工艺与反应型碳化硅制备工艺相结合，其特征在于，具体包括下列步骤：1)根据实际要求，构造制件的三维数据模型，并将数据模型转化为STL格式文件；2)用快速成型机自身的分层软件做分层处理，并将处理数据导入制造程序中；3)材料选用醇溶性的酚醛树脂、淀粉和苯磺酰氯，其重量比为100∶20∶8，充分搅拌使它们混合均匀；4)将配制的材料加入FDM快速成型机喷头中，然后向喷头中通入0.5Mpa的压缩空气，调整工作台的运动速度为20～30mm/s；在工作台上设置加热板，并将加热板表面温度控制在80℃；喷头在制造程序的控制下，根据步骤2)的分层数据走出每层的运动轨迹，同时酚醛树脂混合液在压缩空气的作用下从喷嘴中喷出，形成每层的实体，逐层堆积，并加入支撑材料，形成酚醛树脂的快速原型；5)将快速原型放入烘干箱中进行后期固化，烘干起始温度为60℃，每10小时将温度升高20℃，直至温度升到200℃时停止，取出进行碳化；6)将得到的酚醛树脂原型放入坩锅，并置入真空高温炉中碳化，升温速度：每小时100℃，碳化温度：800℃～1000℃，保温时间为：1～2h，然后随炉冷却至室温取出，得到制件的三维碳支架；7)制件的三维碳支架放入石墨坩锅并用Si粉包埋，然后将坩锅放进真空高温炉中并盖上坩锅盖子，然后加热，升温速度：每小时600℃，反应温度：1450℃～1550℃，保温时间为：0.5～1h，再升至1600℃，抽真空排Si 20～30min，随炉冷却至室温取出，即可获得。