CN105798296B - 一种3d打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法，其技术方案为利用3D打印技术将碳化硼粉末直接成型，然后经过等静压、烧结、熔渗后处理等工序，制成最终零件。本发明方法不需要模具，可制造各种形状的碳化硼/铝零件，在小批量制造、特种零件制造上有独特的优越性。本方法制备的碳化硼/铝异形零件结合紧密，碳化硼含量高，工艺稳定可靠，为制备该类零件提供了一种高效率的制备方法。

Description

一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法
技术领域
本发明涉及属于核辐射防护技术领域，涉及碳化硼/铝复合材料的制备工艺，具体地说，是一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法。
背景技术
为了防止核辐射，通常会在核装置中设置中子吸收材料进行屏蔽保护。目前常采用的中子吸收材料有铅硼聚乙烯、硼钢、碳化硼(B4C)等含硼的材料。铅硼聚乙烯的加工工艺简单，可以制作各种形状的构件，但这类材料在强辐射的环境中容易老化，限制了其应用；硼钢的加工工艺性较好，但其含硼量太低，难以满足屏蔽需要。碳化硼具有较高的中子吸收能力，其热中子俘获截面高，耐腐蚀，热稳定性好，是一种理想的中子吸收材料，但碳化硼韧性差、脆性大、加工性能差，难以制备形状特殊、结构功能一体化的中子吸收构件。
为提高碳化硼材料的韧性，通常将其与金属铝复合，制成金属基中子吸收材料，既能提高材料韧性，又可保证具有中子吸收性能。但是，为了提高复合材料的中子吸收能力，必须提高复合材料中的B4C含量。采用传统的混料-模压技术难以制备B4C含量较高的B4C/Al复合材料，更无法制备具有特殊形状的B4C/Al复合材料构件。
因此已知的苯加氢工程存在着上述种种不便和问题。
发明内容
本发明的目的，在于提出一种不需要模具的3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，将颗粒度为150～300目的碳化硼粉末在空气中煅烧30～60min，煅烧温度为500～600℃；
步骤二，将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)加入到足量的丙酮中，得到聚甲基丙烯酸甲酯-丙酮溶液；
步骤三，将所述B4C粉末导入聚甲基丙烯酸甲酯-丙酮溶液中，在球磨机中球磨6～10h，得到混合浆料，混合浆料在离心雾化干燥系统中进行雾化制粒，得到包覆粉末；
步骤四，采用居于激光选择性烧结的3D打印技术将所述包覆粉末制成粗坯，激光烧结规程为：CO2激光，功率为7～10W，激光扫描的能量密度为0.1～0.15J/mm2；
步骤五，将所述的粗坯进行冷等静压，冷等静压操作规程为：升压速度2～5MPa/s，升至250MPa，保压1min，得到压坯；
步骤六，将压坯进行烧结处理得到烧结坯，烧结操作规程为：在真空环境中将压坯升温至400℃保温1h，而后再升温至1600℃保温1h，升温速度为5～10℃/min；
步骤七，将镁(Mg)质量分数为6～20％的Al-Mg合金熔化后，再把烧结坯浸入到合金熔体中10～30s，取出坯体，去除表面多余的残留Al合金，得到B4C/Al复合材料构件。
本发明的一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的方法，其中所述包覆粉末为PMMA包覆B4C粉末，包覆粉末中B4C与PMMA的质量分数比为95/5～80/20，包覆粉末的颗粒大小为50～150μm。
前述的方法，其中所述铝-镁合金材料中镁的质量分数为6～20％。
前述的方法，其中所述步骤七中Al-Mg合金熔体温度为850～1050℃。
前述的方法，其中所述B4C/Al复合材料中的B4C的质量分数为60～85％。
采用上述技术方案后，本发明的一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法具有以下优点：
1、制备步骤设计合理、可操作性强；
2、可以制备B4C/Al异形构件，提高了铝合金与碳化硼陶瓷的润湿性和结合力；
3、得到的B4C/Al复合材料结合致密度高、碳化硼含量高。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
本发明的3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将颗粒度为150～300目的碳化硼粉末在空气中煅烧30min，煅烧温度为600℃；
(2)将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)加入到足量的丙酮中，得到聚甲基丙烯酸甲酯-丙酮溶液；
(3)将所述B4C粉末导入聚甲基丙烯酸甲酯-丙酮溶液中，在球磨机中球磨10h，得到混合浆料，混合浆料在离心雾化干燥系统中进行雾化制粒，得到包覆粉末，包覆粉末中B4C与PMMA的质量分数比为95/5，包覆粉末的颗粒大小为50～150μm；
(4)采用居于激光选择性烧结的3D打印技术将所述包覆粉末制成粗坯，激光烧结规程为：CO2激光，功率为7W，激光扫描的能量密度为0.12J/mm2；
(5)将所述的粗坯进行冷等静压，冷等静压操作规程为：升压速度3MPa/s，升至250MPa，保压1min，得到压坯；
(6)将压坯进行烧结处理得到烧结坯，烧结操作规程为：在真空环境中将压坯升温至400℃保温1h，而后再升温至1600℃保温1h，升温速度为5℃/min；
(7)将镁(Mg)质量分数为20％的Al-Mg合金加热到900℃后，再把烧结坯浸入到合金熔体中10s，取出坯体，去除表面多余的少量残留Al合金，得到B4C/Al复合材料构件。
实施例2
一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法，包括以下步骤：
(1)将颗粒度为150～300目的碳化硼粉末在空气中煅烧60min，煅烧温度为500℃；
(2)将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)加入到足量的丙酮中，得到聚甲基丙烯酸甲酯-丙酮溶液；
(3)将所述B4C粉末导入聚甲基丙烯酸甲酯-丙酮溶液中，在球磨机中球磨8h，得到混合浆料，混合浆料在离心雾化干燥系统中进行雾化制粒，得到包覆粉末，包覆粉末中B4C与PMMA的质量分数比为85/15，包覆粉末的颗粒大小为50～150μm；
(4)采用居于激光选择性烧结的3D打印技术将所述包覆粉末制成粗坯，激光烧结规程为：CO2激光，功率为8W，激光扫描的能量密度为0.11J/mm2；
(5)将所述的粗坯进行冷等静压，冷等静压操作规程为：升压速度4MPa/s，升至250MPa，保压1min，得到压坯；
(6)将压坯进行烧结处理得到烧结坯，烧结操作规程为：在真空环境中将压坯升温至400℃保温1h，而后再升温至1600℃保温1h，升温速度为8℃/min；
(7)将镁(Mg)质量分数为15％的Al-Mg合金加热到950℃，再把烧结坯浸入到合金熔体中10～30s，取出坯体，去除表面多余的少量残留Al合金，得到B4C/Al复合材料构件。
本发明具有实质性特点和显著的技术进步，本发明的一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法，首先对B4C粉末进行预处理，制备适合于3D打印和有利于铝合金熔渗的粉末混合料，通过居于激光选区烧结的3D打印技术，制备所需形状的B4C坯体，坯体经过等静压成形、烧结、铝合金熔渗等工艺，得到具有特殊形状的B4C/Al复合材料构件，解决了异形B4C材料的制备技术，以及铝合金与碳化硼之间的润湿性和结合力不高的难题。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化。因此，所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求限定。

Claims (4)

1.一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，将颗粒度为150～300目的碳化硼粉末在空气中煅烧30～60min，煅烧温度为500～600℃；
步骤二，将聚甲基丙烯酸甲酯加入到足量的丙酮中，得到聚甲基丙烯酸甲酯-丙酮溶液；
步骤三，将所述B4C粉末导入聚甲基丙烯酸甲酯-丙酮溶液中，在球磨机中球磨6～10h，得到混合浆料，混合浆料在离心雾化干燥系统中进行雾化制粒，得到包覆粉末，包覆粉末中B4C与PMMA的质量分数比为85/15；
步骤四，采用居于激光选择性烧结的3D打印技术将所述包覆粉末制成粗坯，激光烧结规程为：CO2激光，功率为7～10W，激光扫描的能量密度为0.1～0.15J/mm2；
步骤五，将所述的粗坯进行冷等静压，冷等静压操作规程为：升压速度2～5MPa/s，升至250MPa，保压1min，得到压坯；
步骤六，将压坯进行烧结处理得到烧结坯，烧结操作规程为：在真空环境中将压坯升温至400℃保温1h，而后再升温至1600℃保温1h，升温速度为5～10℃/min；
步骤七，将镁(Mg)质量分数为6～20％的Al-Mg合金熔化后，再把烧结坯浸入到合金熔体中10～30s，取出坯体，去除表面多余的残留Al合金，得到B4C/Al复合材料构件。
2.如权利要求1所述的一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法，其特征在于，所述包覆粉末为聚甲基丙烯酸甲酯包覆B4C粉末，包覆粉末的颗粒大小为50～150μm。
3.如权利要求1所述的一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法，其特征在于，所述步骤七中Al-Mg合金熔体温度为850～1050℃。
4.如权利要求1所述的一种3D打印碳化硼/铝复合材料异形零件的制备方法，其特征在于，所述B4C/Al复合材料中的B4C的质量分数为60～85％。
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CN106735186B (zh) * 2016-12-07 2018-11-27 北京科技大学 一种3d打印-冷等静压制备钛合金多级齿轮的方法
EP3600723B1 (en) * 2017-03-20 2023-03-15 Stratasys Ltd. Method for additive manufacturing with powder material
CN109175290A (zh) * 2018-08-30 2019-01-11 宁波华源精特金属制品有限公司 一种转座支撑板
CN112522546B (zh) * 2020-10-26 2022-02-08 中北大学 一种利用slm技术制备b4c增强铝基复合材料的方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3005474C2 (de) * 1980-02-14 1982-11-11 MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung von einstückigen Bauteilen mit verwickelten Hohlräumen
CN1621184A (zh) * 2004-12-30 2005-06-01 西北有色金属研究院 一种颗粒增强钛基复合材料的粉末冶金方法
CN104148650A (zh) * 2014-08-12 2014-11-19 铜陵国鑫光源技术开发有限公司 一种含有方解石粉的led封装材料及其制备方法
CN105039912B (zh) * 2015-07-29 2018-02-02 上海工程技术大学 一种铝‑碳化硅复合陶瓷材料及其制备方法和应用
CN105130438B (zh) * 2015-08-21 2017-09-05 上海工程技术大学 一种基于反应烧结制备碳化硼陶瓷复合材料的方法

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