CN110078513A - 挤出3d打印制备碳化硅复杂器件的方法 - Google Patents

挤出3d打印制备碳化硅复杂器件的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110078513A
CN110078513A CN201910406962.XA CN201910406962A CN110078513A CN 110078513 A CN110078513 A CN 110078513A CN 201910406962 A CN201910406962 A CN 201910406962A CN 110078513 A CN110078513 A CN 110078513A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon carbide
complex devices
resin
powder
green body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910406962.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110078513B (zh
Inventor
王操
曹传如
赵喆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Technology
Original Assignee
Shanghai Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Technology filed Critical Shanghai Institute of Technology
Priority to CN201910406962.XA priority Critical patent/CN110078513B/zh
Publication of CN110078513A publication Critical patent/CN110078513A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110078513B publication Critical patent/CN110078513B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/632—Organic additives
    • C04B35/634—Polymers
    • C04B35/63404—Polymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C04B35/63424—Polyacrylates; Polymethacrylates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3821—Boron carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance

Abstract

本发明公开了一种挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，称取体积比为1:1～1:2的树脂和碳化硅粉体，在树脂中添加碳化硅粉体总量2～6wt％的复合分散剂，混合搅拌5～10分钟；添加树脂总量0.5～2wt％的复合引发剂，混合搅拌5～10分钟；将称取的碳化硅粉体和其1.5wt％的碳化硼粉体加入上述混合液中，继续混合搅拌直至粉体完全分散，制得固相含量大于50％的膏状碳化硅浆料，将混合均匀的碳化硅膏状浆料加入挤出机料筒，挤出碳化硅坯体，对碳化硅坯体依次进行热固化和烧结，制得碳化硅器件。解决了材料结构与功能协调设计中控"性"与复杂形状增材制造控"形"结合的问题，制备的碳化硅复杂器件成品率、密度及强度高。

Description

挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法
技术领域
本发明属于碳化硅复杂器件制备技术领域，涉及一种挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法。
背景技术
碳化硅陶瓷具有较好的机械强度，优异的耐腐蚀性和抗氧化性能，并且导热性能高、热膨胀系数小，是陶瓷材料中高温力学性能最好的材料之一，被广泛的应用于国防、机械、化工、冶金和电子等邻域。但是碳化硅陶瓷具有硬度高、脆性大等特点，给其加工成型带来了很大的困难，复杂形状的碳化硅零件的制造是一个难点。
简单器件可以用传统方法制备，不需要3D打印。而复杂器件指：传统方法很难制备的非规则形状的器件。
目前多使用注浆成型的方法制备碳化硅，这种方法所用设备简单、成本低、易于操作，但是生产周期长、效率低，不利于机械化与自动化，且产品质量难以保证。随着技术的进步，越来越多的学者和企业采用挤出成型的方法制备碳化硅，挤出成型是指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用，边受热塑化，边被螺杆向前推送，连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。挤出成型的优点在于高效、连续、低成本、适应面宽。但是挤出成型制备的成品率比较低，并且制备的碳化硅烧结后强度较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，可以3D打印出碳化硅复杂器件，成品率高，解决现有挤出成型无法做出复杂器件的问题，还解决现有挤出成型工艺制备碳化硅烧结后强度低的问题，克服了材料结构与功能协调设计控"性"和复杂形状增材制造控"形"完美结合的问题。
本发明所采用的技术方案是，挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，具体步骤如下：
步骤S1、称取体积比为1:1～1:2的树脂和碳化硅粉体；
步骤S2、在树脂中添加碳化硅粉体总量2～6wt％的复合分散剂，混合搅拌5～10分钟；
步骤S3、继续添加树脂总量0.5～2wt％的复合引发剂，混合搅拌5～10分钟，制得混合液；
步骤S4、按照碳化硅粉体总量的1.5wt％称取碳化硼粉体，将称取的碳化硅粉体和碳化硼粉体加入上述混合液中，继续混合搅拌直至粉体完全分散，制得固相含量大于50vol％的膏状碳化硅浆料，以便于更好的挤出成型和制备高密度成品，固相含量越高，越容易成型，制备的碳化硅陶瓷的致密性越高。碳化硼粉体是烧结助剂，有利于制备高致密的碳化硅陶瓷。
步骤S5、将混合均匀的膏状碳化硅浆料加入挤出机料筒，挤出碳化硅坯体；
步骤S6、对碳化硅坯体进行固化；
步骤S7、对固化后的碳化硅坯体进行烧结，制得碳化硅器件。
进一步的，所述步骤S1的树脂为甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、2-苯氧基乙基丙烯酸酯(PHEA)、1，6己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PET3A)、乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯(BPA4DMA)中的任意一种或两种以上组合。
进一步的，所述树脂由体积比为3:4:3的甲基丙烯酸羟乙酯、1，6己二醇二丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯混合而成。
单官能团树脂单体可以降低碳化硅浆料的粘度和反应性，增加固相含量，其生坯的脆性较低、脱粘更快速。多官能团的树脂单体增加树脂反应性，其坯体脆性更高、脱粘更慢。本发明的树脂需要合适的反应性和脱粘性，过快和过慢都不利于获得组织均匀的样品，导致其力学性能不均匀，本发明将单官能团树脂和多官能团树脂按照一定比例配比得到力学性能均匀的样品。
进一步的，所述步骤S2的复合分散剂为BYK-180、BYK-106、油酸、硬脂酸和聚丙烯酸中的两种以上组合。
进一步的，所述复合分散剂由质量比为1:1～3:2的BYK-180和BYK-106组成。
分散剂有效防止陶瓷粉体沉降，团聚，实现浆料的高稳定性。分散性好的膏状碳化硅浆料，挤出时浆料更容易成型。复合分散剂可以得到分散性较好的膏状浆料且能够进一步提升固相含量，单分散剂只能得到流动的浆料，或者得到的膏状浆料固相含量较低。复合分散剂可以提高碳化硅粉体在树脂中的分散均匀性，有利于挤出成型、烧结的密度和性能的均匀性。
进一步的，所述步骤S3的复合引发剂由质量比为1:1的过氧化二苯甲酰和二甲基乙酰胺组成。复合引发剂是光热固化，可以降低固化温度和固化时间。
进一步的，所述步骤S5中挤出碳化硅坯体的挤出速率为5～10mm/s。控制挤出速率为5～10mm/s，避免因挤出速率过快，引起碳化硅浆料的触变性，从而影响挤出效率和成品率。
进一步的，所述步骤S6中固化是将碳化硅坯体放入烘箱，在50～80℃温度条件下固化3～8分钟，固化后坯体具有一定的强度。
进一步的，所述步骤S7中烧结是将固化后的碳化硅坯体在2100℃氩气保护气氛条件下烧结保温30～60min。
本发明的有益效果是，基于挤出材料的特征，通过选择合适的树脂、分散剂及引发剂的种类和添加比例制备出分散性较好的且适用于挤出成型的碳化硅膏状浆料，在挤出过程中浆料更容易成型，用于挤出3D打印制备碳化硅复杂器件，制备的碳化硅器件成品率高且拥有更高的致密性，有效解决了目前利用挤出成型工艺制备碳化硅复杂器件成品率、碳化硅复杂器件烧结后强度低的问题，克服了材料结构与功能协调设计、控"性"与复杂形状增材制造控"形"完美结合的技术难题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明制备碳化硅复杂器件的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，具体步骤如下：
步骤S1、称取体积比为1:1的树脂和碳化硅粉体，树脂是体积比为2:1:4:3的HEMA、PHEA、HDDA和TMPTA均匀混合的混合树脂；
步骤S2、添加碳化硅粉体总量2wt％的复合分散剂，复合分散剂为质量比为1:1的BYK-180和BYK-106，混合搅拌5分钟；
步骤S3、添加树脂总量2wt％的复合引发剂，复合引发剂为质量比为1:1的过氧化二苯甲酰和二甲基乙酰胺，混合搅拌5分钟；
步骤S4、将称取的碳化硅粉和碳化硅粉体总量1.5wt％的碳化硼粉体加入上述混合液中，继续混合搅拌60分钟至粉体完全分散，制备得到适合挤出成型的膏状浆料，以便于更好的挤出成型和制备高密度成品；
步骤S5、将混合均匀的碳化硅浆料加入挤出机料筒，挤出碳化硅坯体，控制挤出速率为8mm/s，避免因挤出速率过快，引起碳化硅浆料的触变性，从而影响挤出效率和成品率；
步骤S6、将碳化硅坯体放入烘箱，在50℃温度条件下固化8分钟，固化后坯体具有一定的强度；
步骤S7、对固化后的碳化硅坯体在氩气气氛和2100℃温度条件下烧结保温30min，制成碳化硅陶瓷。
实施例2
挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，具体步骤如下：
步骤S1、称取体积比为2:3的树脂和碳化硅粉体，树脂是体积比为3:4:3的HEMA、HDDA和TMPTA均匀混合的混合树脂；
步骤S2、添加碳化硅粉体总量4wt％的复合分散剂，复合分散剂为质量比为1:2的BYK-180和BYK-106，混合搅拌8分钟；
步骤S3、添加树脂总量1.6wt％的复合引发剂，复合引发剂为质量比为1:1的过氧化二苯甲酰和二甲基乙酰胺，混合搅拌7分钟；
步骤S4、将称取的碳化硅粉和碳化硅粉体总量1.5wt％的碳化硼粉体加入上述混合液中，继续混合搅拌60分钟至粉体完全分散，制备得到适合挤出成型的膏状浆料，以便于更好的挤出成型和制备高密度成品；
步骤S5、将混合均匀的碳化硅浆料加入挤出机料筒，挤出碳化硅坯体，控制挤出速率为5mm/s，避免因挤出速率过快，引起碳化硅浆料的触变性，从而影响挤出效率和成品率；
步骤S6、将碳化硅坯体放入烘箱，在60℃温度条件下固化6分钟，固化后坯体具有一定的强度；
步骤S7、对固化后的碳化硅坯体在氩气气氛和2100℃温度条件下烧结保温45min，制成碳化硅陶瓷。
实施例3
挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，具体步骤如下：
步骤S1、称取体积比为1:2的树脂和碳化硅粉体，树脂是体积比3:2:2:3的HEMA、PHEA、HDDA和TMPTA均匀混合的混合树脂；
步骤S2、添加碳化硅粉体总量6wt％的复合分散剂，且的复合分散剂为质量比为2:1的BYK-180和BYK-106，混合搅拌10分钟；
步骤S3、添加树脂总量1.3wt％的复合引发剂，复合引发剂为质量比为1:1的过氧化二苯甲酰和二甲基乙酰胺，混合搅拌10分钟；
步骤S4将称取的碳化硅粉和碳化硅粉体总量1.5wt％的碳化硼粉体加入上述混合液中，继续混合搅拌60分钟至粉体完全分散，制备得到适合挤出成型的膏状浆料，以便于更好的挤出成型和制备高密度成品；
步骤S5、将混合均匀的碳化硅浆料加入挤出机料筒，挤出碳化硅坯体，控制挤出速率为10mm/s，避免因挤出速率过快，引起碳化硅浆料的触变性，从而影响挤出效率和成品率；
步骤S6、将碳化硅坯体放入烘箱，在70℃温度条件下固化4分钟，固化后坯体具有一定的强度；
步骤S7、对固化后的碳化硅坯体在氩气气氛和2100℃温度条件下烧结保温60min，制成碳化硅陶瓷。
实施例4
挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，具体步骤如下：
步骤S1、称取体积比为3:4的树脂和碳化硅粉体，树脂是体积比为1:2:2:2:2:1的HEMA、PHEA、PEGDMA、HDDA、TMPTA和BPA4DMA均匀混合的混合树脂；
步骤S2、添加碳化硅粉体总量6wt％的复合分散剂，复合分散剂为质量比为1:1:1的BYK-180、BYK-106和油酸，混合搅拌8分钟；
步骤S3、添加树脂总量1wt％的复合引发剂，复合引发剂为质量为1:1的过氧化二苯甲酰和二甲基乙酰胺，混合搅拌6分钟；
步骤S4、将称取的碳化硅粉和1.5wt％碳化硼粉体加入上述混合液中，继续混合搅拌60分钟，直至粉体完全分散，制备得到适合挤出成型的的膏状浆料，以便于更好的挤出成型和制备高密度成品；
步骤S5、将混合均匀的碳化硅浆料加入挤出机料筒，挤出碳化硅坯体，控制挤出速率为7mm/s，避免因挤出速率过快，引起碳化硅浆料的触变性，从而影响挤出效率和成品率；
步骤S6、将碳化硅坯体放入烘箱，在80℃温度条件下固化3分钟，固化后坯体具有一定的强度；
步骤S7、对固化后的碳化硅坯体在氩气气氛和2100℃温度条件下烧结保温30min，制成碳化硅陶瓷。
实施例5
挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，具体步骤如下：
步骤S1、称取体积比为1:2的树脂和碳化硅粉体，树脂是体积比为1:2:2:2:2:1的HEMA、PHEA、PEGDMA、HDDA、PET3A和BPA4DMA均匀混合的混合树脂；
步骤S2、添加碳化硅粉体总量4wt％的复合分散剂，复合分散剂为质量比为1:1:1的BYK-180、SA和PAA-NH3，混合搅拌6分钟；
步骤S3、添加树脂总量0.5％的复合引发剂，复合引发剂为质量比为1:1的引发剂过氧化二苯甲酰和二甲基乙酰胺，混合搅拌7分钟；
步骤S4、将称取的碳化硅粉和碳化硅粉体总量1.5wt％的碳化硼粉体加入上述混合液中，继续混合搅拌60分钟，直至粉体完全分散，制备得到适合挤出成型的的膏状浆料，以便于更好的挤出成型和制备高密度成品；
步骤S5、将混合均匀的碳化硅浆料加入挤出机料筒，挤出碳化硅坯体，控制挤出速率为7mm/s，避免因挤出速率过快，引起碳化硅浆料的触变性，从而影响挤出效率和成品率；
步骤S6、将碳化硅坯体放入烘箱，在80℃温度条件下固化3分钟，固化后坯体具有一定的强度；
步骤S7、对固化后的碳化硅坯体在氩气气氛和2100℃温度条件下烧结保温45min，制成碳化硅陶瓷。
实施例6
本实施例与实施例2的区别为树脂是HEMA。
实施例7
本实施例与实施例2的区别为树脂是PHEA。
实施例8
本实施例与实施例2的区别为树脂是HDDA。
实施例9
本实施例与实施例2的区别为树脂是PEGDMA。
实施例10
本实施例与实施例2的区别为树脂是TMPTA。
实施例11
本实施例与实施例2的区别为树脂是PET3A。
实施例12
本实施例与实施例2的区别为树脂是BPA4DMA。
实施例13
本实施例与实施例2的区别为树脂是HEMA和PHEA均匀混合的混合树脂。
实施例14
本实施例与实施例2的区别为树脂是HEMA和HDDA均匀混合的混合树脂。
实施例15
本实施例与实施例2的区别为树脂是HDDA和TMPTA均匀混合的混合树脂。
实施例16
本实施例与实施例2的区别为树脂是HEMA、PHEA和HDDA均匀混合的混合树脂。
实施例17
本实施例与实施例2的区别为，复合分散剂由质量比为1:3的BYK-180和BYK-106组成。
实施例18
本实施例与实施例2的区别为，复合分散剂由质量比为2:1的BYK-180和BYK-106组成。
实施例19
本实施例与实施例2的区别为，复合分散剂由质量比为2:3的BYK-180和BYK-106组成。
实施例20
本实施例与实施例2的区别为，复合分散剂由质量比为3:1的BYK-180和BYK-106组成。
实施例21
本实施例与实施例2的区别为，复合分散剂由质量比为3:2的BYK-180和BYK-106组成。
实施例1～21中树脂和碳化硅粉体的体积总和保持不变，所得碳化硅陶瓷器件的性能如表1所示，由此可知，实施例2为本文的最佳实施例，其所得碳化硅陶瓷器件的相对密度大于98.5％，强度大于400Mpa，成品率提升至99％，相对于现有的碳化硅陶瓷器件的制备方法，成品率提升4～14％，强度提升超过100MPa以上。
表1实施例1～21所得碳化硅陶瓷器件的性能参数
类别 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5 实施例6 实施例7
相对密度 >93％ >98.5％ >96％ >95％ >97％ >95％ >95％
强度 200MPa >480MPa 300MPa 200MPa 300MPa 200MPa 200MPa
成品率 95％ 99％ 95％ 95％ 95％ 90％ 90％
类别 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11 实施例12 实施例13 实施例14
相对密度 >95％ >95％ >95％ >95％ >95％ >95％ >95％
强度 200MPa 200MPa 200MPa 200MPa 200MPa 200MPa 200MPa
成品率 95％ 95％ 95％ 90％ 90％ 90％ 90％
类别 实施例15 实施例16 实施例17 实施例18 实施例19 实施例20 实施例21
相对密度 >93％ >96％ >96％ >96％ >96％ >96％ >96％
强度 200MPa >250MPa 280MPa 200MPa 300MPa 300MPa 300MPa
成品率 95％ 97％ 95％ 95％ 95％ 90％ 90％
本发明通过选择出合适的分散剂加入量和恰当的比例制备出分散性较好的碳化硅膏状浆料，在挤出过程中浆料更容易成型。且因分散剂合理的降低了浆料的粘度，从而可以制备出高固相含量的浆料，进而制备的碳化硅拥有更高的致密性。本发明选择合适的树脂单体、分散剂，研究出其之间的最佳比例，从而制备出分散性较好且固相含量大于50vol％的膏状碳化硅浆料，可以更好的适用于挤出成型，制备高致密度且成品率较高的碳化硅复杂器件。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤S1、称取体积比为1:1～1:2的树脂和碳化硅粉体；
步骤S2、在树脂中添加碳化硅粉体总量2～6wt％的复合分散剂，混合搅拌5～10分钟；
步骤S3、继续添加树脂总量0.5～2wt％的复合引发剂，混合搅拌5～10分钟，制得混合液；
步骤S4、按照碳化硅粉体总量的1.5wt％称取碳化硼粉体，将称取的碳化硅粉体和碳化硼粉体加入上述混合液中，继续混合搅拌直至粉体完全分散，制得膏状碳化硅浆料；
步骤S5、将混合均匀的膏状碳化硅浆料加入挤出机料筒，挤出碳化硅坯体；
步骤S6、对碳化硅坯体进行固化；
步骤S7、对固化后的碳化硅坯体进行烧结，制得碳化硅器件。
2.根据权利要求1所述的挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，其特征在于，所述步骤S1的树脂为甲基丙烯酸羟乙酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、1，6己二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯中的任意一种或两种以上组合。
3.根据权利要求2所述的挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，其特征在于，所述树脂由体积比为3:4:3的甲基丙烯酸羟乙酯、1，6己二醇二丙烯酸酯和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯混合而成。
4.根据权利要求1～3任一项所述的挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，其特征在于，所述步骤S2的复合分散剂为BYK-180、BYK-106、油酸、硬脂酸、聚丙烯酸中的两种以上组合而成。
5.根据权利要求4所述的挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，其特征在于，所述复合分散剂由质量比为1:1～3:2的BYK-180和BYK-106组成。
6.根据权利要求1～3任一项或5所述的挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，其特征在于，所述步骤S3的复合引发剂由质量比为1:1的过氧化二苯甲酰和二甲基乙酰胺组成。
7.根据权利要求6所述的挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，其特征在于，所述步骤S5中挤出碳化硅坯体的挤出速率为5～10mm/s。
8.根据权利要求1～3任一项、5或7所述的挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，其特征在于，所述步骤S6中固化是将碳化硅坯体放入烘箱，在50～80℃温度条件下固化3～8分钟。
9.根据权利要求8所述的挤出3D打印制备碳化硅复杂器件的方法，其特征在于，所述步骤S7中烧结是将固化后的碳化硅坯体在2100℃氩气气氛条件下烧结保温30～60min。
CN201910406962.XA 2019-05-16 2019-05-16 挤出3d打印制备碳化硅复杂器件的方法 Active CN110078513B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910406962.XA CN110078513B (zh) 2019-05-16 2019-05-16 挤出3d打印制备碳化硅复杂器件的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910406962.XA CN110078513B (zh) 2019-05-16 2019-05-16 挤出3d打印制备碳化硅复杂器件的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110078513A true CN110078513A (zh) 2019-08-02
CN110078513B CN110078513B (zh) 2021-11-19

Family

ID=67420353

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910406962.XA Active CN110078513B (zh) 2019-05-16 2019-05-16 挤出3d打印制备碳化硅复杂器件的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110078513B (zh)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110395986A (zh) * 2019-08-05 2019-11-01 上海应用技术大学 一种长波长激光打印材料的方法
CN110698197A (zh) * 2019-08-08 2020-01-17 深圳光韵达光电科技股份有限公司 陶瓷3d打印膏料及其制备方法
CN110903093A (zh) * 2019-12-18 2020-03-24 上海应用技术大学 3d打印制备氮化硅陶瓷器件的方法
CN111116205A (zh) * 2019-12-30 2020-05-08 中国建筑材料科学研究总院有限公司 光敏树脂基碳源/碳化硅陶瓷浆料、制备多孔碳/碳化硅坯体的方法、结构件及制备方法
CN112439901A (zh) * 2019-08-15 2021-03-05 杜晖 一种树脂制作金属件或陶瓷件的3d打印方法
CN112536885A (zh) * 2020-12-11 2021-03-23 山田研磨材料有限公司 一种碳化硅异形梁的成型工艺
CN113501719A (zh) * 2021-07-07 2021-10-15 上海应用技术大学 一种3d打印用高固相含量光敏碳化硅陶瓷浆料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106243278A (zh) * 2015-06-05 2016-12-21 优克材料科技股份有限公司 浆料
US20180148379A1 (en) * 2016-11-30 2018-05-31 Hrl Laboratories, Llc Formulations and methods for 3d printing of ceramic matrix composites
CN108250838A (zh) * 2018-01-11 2018-07-06 苏州聚复高分子材料有限公司 一种用于直写法3d打印硅酮结构的墨水组合物

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106243278A (zh) * 2015-06-05 2016-12-21 优克材料科技股份有限公司 浆料
US20180148379A1 (en) * 2016-11-30 2018-05-31 Hrl Laboratories, Llc Formulations and methods for 3d printing of ceramic matrix composites
CN108250838A (zh) * 2018-01-11 2018-07-06 苏州聚复高分子材料有限公司 一种用于直写法3d打印硅酮结构的墨水组合物

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
史玉升: "《3D打印材料 上》", 31 March 2019, 华中科技大学出版社 *
林彬荫: "《耐火材料原料》", 31 October 2015, 冶金工业出版社 *
梁凤凯: "《化工生产技术》", 31 August 2008, 天津大学出版社 *
裴立宅: "《高技术陶瓷材料》", 31 July 2015, 合肥工业大学出版社 *
赵俊会: "《高分子化学与物理》", 28 February 2010, 中国轻工业出版社 *
金养智: "《光固化材料性能及应用手册》", 31 July 2010, 化学工业出版社 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110395986A (zh) * 2019-08-05 2019-11-01 上海应用技术大学 一种长波长激光打印材料的方法
CN110698197A (zh) * 2019-08-08 2020-01-17 深圳光韵达光电科技股份有限公司 陶瓷3d打印膏料及其制备方法
CN112439901A (zh) * 2019-08-15 2021-03-05 杜晖 一种树脂制作金属件或陶瓷件的3d打印方法
CN110903093A (zh) * 2019-12-18 2020-03-24 上海应用技术大学 3d打印制备氮化硅陶瓷器件的方法
CN111116205A (zh) * 2019-12-30 2020-05-08 中国建筑材料科学研究总院有限公司 光敏树脂基碳源/碳化硅陶瓷浆料、制备多孔碳/碳化硅坯体的方法、结构件及制备方法
CN112536885A (zh) * 2020-12-11 2021-03-23 山田研磨材料有限公司 一种碳化硅异形梁的成型工艺
CN113501719A (zh) * 2021-07-07 2021-10-15 上海应用技术大学 一种3d打印用高固相含量光敏碳化硅陶瓷浆料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110078513B (zh) 2021-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110078513A (zh) 挤出3d打印制备碳化硅复杂器件的方法
CN104496480B (zh) 碳化硅陶瓷预制体、铝基碳化硅陶瓷材料及其制备方法
CN101733402B (zh) 一种高比重合金的凝胶注模成型方法
CN101956091B (zh) 一种凝胶注模-自蔓延高温合成制备钛合金材料的方法
CN112047753A (zh) 多孔陶瓷及其制备方法和应用
CN101518820A (zh) 一种金属粉末凝胶-挤压成形方法
CN101440440B (zh) 铝基复合材料和铝基复合材料零件的成形方法及其成形装置
EP0428719B1 (en) Method of forming shaped components from mixtures of thermosetting binders and powders having a desired chemistry
CN105172142B (zh) 一种3d打印制备碳/碳复合材料方法
CN109280833A (zh) 一种钨铜复合材料的制备方法
CN104987630B (zh) 改性聚三氟氯乙烯及其模压工艺
CN107500772A (zh) 一种碳化硅陶瓷预制体、铝基碳化硅陶瓷材料及其制备方法
CN110128116A (zh) 一种光固化用陶瓷浆料及其制备方法
CN108033802A (zh) 基于凝胶注模3d打印的纤维增强陶瓷异型件成型方法
CN105503192A (zh) 一种注射成型反应烧结B4C/SiC复合陶瓷材料及其制备方法
CN111302811A (zh) 按需设计陶瓷骨架的陶瓷增强金属基复合材料的制备方法
CN107963892A (zh) 一种油墨氮化硅基陶瓷粉体3d打印坯体方法及其成型方法
CN108017378A (zh) 一种水性氧化铝基3d打印坯体方法及其成型方法
CN107377970A (zh) 一种低成本金属3d打印方法
US5033939A (en) Method of forming shaped components from mixtures of thermosetting binders and powders having a desired chemistry
CN106735235B (zh) 一种梯度多孔金属的共凝胶注模成形方法
CN104404289A (zh) 高孔隙可控立体通孔泡沫钼及其制备方法
CN107500779A (zh) 一种多孔硅基结构陶瓷及其制备方法
CN108017394A (zh) 一种水性氮化硅基3d打印坯体方法及其成型方法
CN107973875A (zh) 一种油墨3d打印坯体方法及其成型方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant