CN110171976A - 基于増材制造的SiC基陶瓷零件的制备方法及产品 - Google Patents

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Abstract

本发明属于SiC陶瓷基复合材料领域，并公开了基于増材制造的SiC基陶瓷零件的制备方法及产品。该方法包括下列步骤：(a)选取树脂或树脂复合材料作为原料，采用増材制造的方法按照所需零件的三维结构制备获得三维树脂结构；(b)将所述三维树脂结构进行热解碳化，使得该三维树脂中形成多孔结构，以此获得多孔的碳预制体；(c)将所述碳预制体进行渗硅，使得该碳预制体中的碳与所述硅发生反应生成碳化硅，以此获得所需的SiC基陶瓷零件，其中，所述渗硅采用先驱体浸渍裂解法、化学气相渗透法或反应熔渗法。本发明还公开了该SiC陶瓷基复合材料零件产品。通过本发明，实现复杂结构的SiC基陶瓷零件的制备。

Description

基于増材制造的SiC基陶瓷零件的制备方法及产品
技术领域
本发明属于SiC陶瓷基复合材料零件领域，更具体地，涉及基于増材制造的SiC基陶瓷零件的制备方法及产品。
背景技术
碳化硅陶瓷及其复合材料具有高比强度、比模量、耐高温、耐腐蚀和低密度等特点，在航空航天、军工、能源、汽车工业等领域具有非常大的潜力。然而，陶瓷材料固有的脆性大、可靠性差和加工成本高等缺点限制了其进一步地应用。碳纤维增强碳化硅基复合材料通过添加高强度、高模量的碳纤维材料，可以提高碳化硅基体的机械强度和损伤容限。
目前，用于成形和制备碳纤维/碳化硅复合材料的方法有很多，主要包括无压烧结法、热压烧结法、聚合物浸渍裂解法、化学气相渗透法和液硅浸渗法等。其中，液硅浸渗法是在高温条件下(1450～1650℃)，将熔融的液体硅渗入多孔的碳纤维预制体中，通过原位碳-硅反应生成碳化硅。该工艺是一种近净成形工艺，具有烧结温度低、制造成本低、适合制造大型复杂碳化硅零件等优点，目前已应用于制造高超飞行器热防护系统、太空望远镜镜坯和高性能刹车片等。在液硅浸渗法中，碳化硅零件的形状和结构是由碳预制体所决定的。传统碳预制体的制备有连续纤维增强的纤维缠绕工艺、热压罐工艺、树脂传递模塑成形工艺，以及模压成形工艺等。然后将上述树脂基复合材料在高温真空条件下碳化，就可以得到用于渗硅的碳预制体。然而，上述成形方法通常需要复杂的成形工序或者需要制作相应的模具，因此制造成本高，周期长，且难以制造具有复杂形状的SiC陶瓷及其复合材料零件，如随形冷却流道、网格结构等。
为此，现有技术中已经对其提出了一些解决方案。例如，201410722422.X中公开了一种基于光固化3D打印的SiC陶瓷基涡轮叶片的制造方法，采用光固化3D打印技术制造涡轮叶片树脂模具，使用非水基凝胶注模陶瓷浆料浇注叶片树脂模具，经过固化、热解碳化等工艺得到多孔的碳预制件，后采用原位反应烧结和化学气相沉积的方法得到SiC陶瓷基复合材料，该方法原材料和制造流程复杂，从而使成形SiC陶瓷材料结构不易精确调控；201710283903.9公开了一种以SiC粉末为原料，采用3DP增材制造技术成形SiC陶瓷素坯，再经脱脂、化学气相渗透、热等静压等工艺实现SiC陶瓷的致密化，由于3DP技术成形精度较低，因此采用这种方法成形的SiC陶瓷零件精度难保证；201810747328.8公开了一种采用分层粘结SiC陶瓷粉末的增材制造方法，后经烧结制成陶瓷零件，这种方法体积收缩率大，材料内应力较高，影响SiC成形零件性能。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于増材制造的SiC基陶瓷零件的制备方法及产品，通过増材制造的方式获得所需零件的三维结构，然后热解碳化，最后采用渗硅的方式获得所需的SiC基陶瓷零件，可获得任意形状结构的陶瓷零件，由此解决陶瓷零件本身硬度高，脆性大，对于成形零件的结构诸多限制的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于増材制造的SiC基陶瓷零件的制备方法，该方法包括下列步骤：
(a)选取树脂或树脂复合材料作为原料，采用増材制造的方法按照所需零件的三维结构制备获得三维树脂结构；
(b)将所述三维树脂结构进行热解碳化，使得该三维树脂中形成多孔结构，以此获得多孔的碳预制体；
(c)将所述碳预制体进行渗硅，使得该碳预制体中的碳与所述硅发生反应生成碳化硅，以此获得所需的SiC基陶瓷零件，其中，所述渗硅采用先驱体浸渍裂解法、化学气相渗透法或反应熔渗法。
进一步优选地，在步骤(a)中，所述树脂复合材料优选为树脂或树脂与碳纤维、碳纳米管、炭颗粒、石墨、石墨烯、Si和SiC中的一种或几种的复合材料。
进一步优选地，在步骤(a)中，所述増材制造优选为光固化、熔融沉积或激光选区烧结成形。
进一步优选地，在步骤(b)中，所述热解碳化优选在真空或保护性气体氛围下进行，所述保护气体优选为氮气、氦气、氖气、氩气、氙气中的一种或几种，热解温度优选为所述树脂三维结构的分解温度以上，热解时间优选为2h～10h。
进一步优选地，在步骤(c)中，先驱体浸渍裂解法优选按照下列步骤进行：
首先，对所述碳预制体进行抽真空排除该碳预制体中的空气，然后采用熔融或溶液态的聚碳硅烷浸渍抽真空后的所述碳预制件，加压使所述聚碳硅烷充分填充至所述碳预制件的孔隙中，固化后在真空或保护气体中进行高温裂解，即制得所需的SiC基陶瓷材料。
进一步优选地，所述聚碳硅烷溶液所使用的溶剂优选采用正己烷、甲苯、二甲苯或四氯化碳，所述高温裂解的温度优选为800℃～1100℃。
进一步优选地，在步骤(c)中，所述化学气相渗透法优选按照下列步骤进行：选取三氯甲基硅烷作为硅源，H2为载气，Ar为稀释气载气携带三氯甲基硅烷至加热炉中，在稀释气的氛围中进行裂解获得裂解气，将所述碳预制体置于所述裂解气中加热沉积，以此获得所需的SiC基陶瓷材料。
进一步优选地，所述加热沉积中的温度优选为800℃～1100℃，沉积时间优选为20h～100h。
进一步优选地，在步骤(c)中，所述反应熔渗法优选按照下列步骤进行：选取Si单质作为硅源，高温下使Si单质熔化，将液相Si浸渗至所述碳预制体中，加热使得所述Si和所述碳预制件中的C反应生成SiC，以此获得所需的SiC基陶瓷零件，其中，加热的温度优选为1450℃～1700℃。
按照本发明的另一方面，提供了一种上述所述的制备方法获得的SiC基零件。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明首先通过増材制造的方式获得所需零件的三维结构，然后热解碳化，最后采用渗硅的方式获得所需的SiC基陶瓷零件，现有的直接获得SiC陶瓷零件的方法，由于陶瓷零件本身硬度高，脆性大，对于成形零件的结构有诸多的限制，而采用本发明提供的方法，既保持了SiC陶瓷零件自身的特性，又对所需成形的陶瓷零件的三维结构没有限制，可用于成形任意三维结构的产品，适用范围更加广泛；
2、本发明通过多种增材制造技术成形符合设计要求的树脂材料来实现SiC陶瓷宏观结构的调控，同时，采用多种增材制造技术能够实现多种树脂及其复合材料用于制备SiC陶瓷，通过材料组分调控，可实现对SiC陶瓷微观结构的调控；
3、本发明采用多种后处理方法，包括先驱体浸渍裂解法、化学气相渗透法和反应熔渗法，结合不同增材制造材料和技术，能实现致密SiC陶瓷、多孔SiC陶瓷、碳纤维增强SiC陶瓷的制备，具有制造SiC陶瓷种类多，用途广的优点；
4、本方法具有操作简便制备周期短和适应面广等特点，尤其适于按照需要设计，制备SiC陶瓷及其复合材料结构可获得有效、精密控制的高质量、多功能SiC陶瓷材料产品。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的基于増材制造的SiC基陶瓷零件的制备方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
一种基于增材制造的SiC基陶瓷零件的制备方法，通过增材制造成形相应结构的三维树脂结构，经热裂解得到碳预制体，采用先驱体浸渍裂解法、化学气相渗透法和反应熔渗法最终制备出SiC基陶瓷零件。
具体包括以下步骤：
(a)针对待制备SiC陶瓷及其复合材料所需的三维结构构建CAD模型，将该CAD模型通过增材制造得到相应结构的三维树脂结构；
步骤(a)中，所述增材制造的步骤包括光固化、熔融沉积和激光选区烧结。
步骤(a)中，所述三维树脂结构包括树脂以及树脂和碳纤维、碳纳米管、石墨、石墨烯、Si、SiC中的一种或几种的复合材料；
(b)将步骤(a)中获得的三维树脂结构经热解碳化工艺得到多孔的碳预制体；
步骤(b)中，热解碳化工艺中热处理条件包括在真空或保护性气体氛围下加热树脂结构至其分解温度以上，制得多孔的碳预制体；所述惰性气体包括氮气、氦气、氖气、氩气、氙气中的一种或几种；
(c)将步骤(b)中获得的碳预制体采用先驱体浸渍裂解法、化学气相渗透法和反应熔渗法；包括液相和气相渗硅法，制备SiC基陶瓷零件，由此获得所需结构的SiC基陶瓷零件。
步骤(c)中，先驱体浸渍裂解法采用聚碳硅烷作为Si源，以步骤(b)中热解碳化制得的碳预制体为骨架，抽真空将预制件中的空气排除，采用熔融或溶液态的聚碳硅烷浸渍预制件，加压使聚碳硅烷充分填充预制件孔隙，固化后在真空或保护气体中进行高温裂解，即制得所需三维结构的SiC陶瓷材料；
步骤(c)中，所述化学气相渗透法采用甲基三氯硅烷作为硅源，将步骤(b)中热解碳化制得的碳预制体置于沉积炉中，通过压差法将裂解含有硅源的裂解气输送至碳预制体周围，发生化学反应即可制得所需三维结构的SiC陶瓷材料；
步骤(c)中，所述反应熔渗法采用Si单质作为硅源，高温下使Si单质熔化，使液相Si浸渗步骤(b)中热解碳化制得的碳预制，在900℃以上Si和C即可反应生成SiC，从而制得所需三维结构的SiC陶瓷材料；
综上所述，本发明的总体思路主要包括三个方面，一是按照材料设计需求建立CAD模型，通过增材制造成形相应的树脂结构；二是将制得的树脂结构热解碳化制得碳预制体；三是采用先驱体浸渍裂解法、化学气相渗透法和反应熔渗法将制得的碳预制体反应生成SiC，最终制得符合设计需求，结构可控的复杂结构SiC基陶瓷及其复合材料。
下面将结合具体的实施例对本发明的方案进行进一步的说明。
实施例1
(a)构建零件CAD模型，转化为STL格式，并采用光固化增材制造技术，使用光敏树脂成形三维树脂结构；
(b)将步骤(a)中获得的三维树脂结构在真空条件下，600℃保温5h热解碳化，制得碳预制体；
(c)采用先驱体浸渍裂解法，抽真空将预制件中的空气排除，后将碳预制体浸入聚碳硅烷的甲苯溶液中，加压使聚碳硅烷充分填充预制件孔隙，固化后将填充有聚碳硅烷的碳预制体移至裂解炉中，在真空条件下1100℃热处理，聚碳硅烷高温裂解并与碳预制体反应，即制得所需三维结构的SiC/C复合陶瓷材料。
实施例2
(a)构建零件CAD模型，转化为STL格式，并采用光固化增材制造技术，使用光敏树脂与碳纳米管形成的复合材料成形三维树脂结构；
(b)将步骤(a)中获得的三维树脂结构在真空条件下，700℃保温8h热解碳化，制得碳预制体；
(c)采用先驱体浸渍裂解法，抽真空将预制件中的空气排除，后将碳预制体浸入聚碳硅烷的四氯化碳溶液中，加压使聚碳硅烷充分填充预制件孔隙，固化后将填充有聚碳硅烷的碳预制体移至裂解炉中，在真空条件下800℃热处理，聚碳硅烷高温裂解并与碳预制体反应，即制得所需三维结构的SiC/C复合陶瓷材料。
实施例3
(a)构建零件CAD模型，转化为STL格式，并采用光固化增材制造技术，使用光敏树脂与石墨烯形成的复合材料成形三维树脂结构；
(b)将步骤(a)中获得的三维树脂结构在真空条件下，700℃保温10h热解碳化，制得碳预制体；
(c)采用先驱体浸渍裂解法，抽真空将预制件中的空气排除，后将碳预制体浸入聚碳硅烷的正己烷溶液中，加压使聚碳硅烷充分填充预制件孔隙，固化后将填充有聚碳硅烷的碳预制体移至裂解炉中，在真空条件下1100℃热处理，聚碳硅烷高温裂解并与碳预制体反应，即制得所需三维结构的SiC/C复合陶瓷材料。
实施例4
(a)构建零件CAD模型，转化为STL格式，并采用熔融沉积增材制造技术，使用PLA丝材成形三维树脂结构；
(b)将步骤(a)中获得的三维树脂结构在氮气保护气氛条件下，900℃保温2h热解碳化，制得碳预制体；
(c)采用化学气相渗透法，以甲基三氯硅烷作为硅源，将步骤(b)中热解碳化制得的碳预制体置于沉积炉中，加热至1100℃，通过压差法将裂解将高温裂解甲基三氯硅烷后产生的含有硅源的裂解气输送至碳预制体周围，沉积20h，制得所需三维结构的SiC/C复合陶瓷材料。
实施例5
(a)构建零件CAD模型，转化为STL格式，并采用熔融沉积增材制造技术，使用PLA与SiC的复合材料丝材成形三维树脂结构；
(b)将步骤(a)中获得的三维树脂结构在氮气保护气氛条件下，650℃保温4h热解碳化，制得碳预制体；
(c)采用化学气相渗透法，以甲基三氯硅烷作为硅源，将步骤(b)中热解碳化制得的碳预制体置于沉积炉中，加热至800℃，通过压差法将裂解将高温裂解甲基三氯硅烷后产生的含有硅源的裂解气输送至碳预制体周围，沉积100h，制得所需三维结构的SiC/C复合陶瓷材料。
实施例6
(a)构建零件CAD模型，转化为STL格式，并采用熔融沉积增材制造技术，使用PLA与石墨烯的复合材料丝材成形三维树脂结构；
(b)将步骤(a)中获得的三维树脂结构在氮气保护气氛条件下，700℃保温6h热解碳化，制得碳预制体；
(c)采用化学气相渗透法，以甲基三氯硅烷作为硅源，将步骤(b)中热解碳化制得的碳预制体置于沉积炉中，加热至1000℃，通过压差法将裂解将高温裂解甲基三氯硅烷后产生的含有硅源的裂解气输送至碳预制体周围，沉积50h，制得所需三维结构的SiC/C复合陶瓷材料
实施例7
(a)构建零件CAD模型，转化为STL格式，并采用激光选区烧结增材制造技术，使用酚醛树脂和碳纤维复合粉末成形三维树脂结构；
(b)将步骤(a)中获得的三维树脂结构在氩气保护气氛条件下，800℃保温3h热解碳化，制得碳预制体；
(c)采用液相渗硅法，以Si颗粒作为硅源，将步骤(b)中热解碳化制得的碳预制体和Si颗粒置于真空炉中，抽真空加热至1450℃，保温1h，碳预制体与液态Si反应烧结，制得所需三维结构的SiC/Cf复合陶瓷材料。
实施例8
(a)构建零件CAD模型，转化为STL格式，并采用激光选区烧结增材制造技术，使用PA6和碳纤维复合粉末成形三维树脂结构；
(b)将步骤(a)中获得的三维树脂结构在氩气保护气氛条件下，800℃保温3h热解碳化，制得碳预制体；
(c)采用液相渗硅法，以Si颗粒作为硅源，将步骤(b)中热解碳化制得的碳预制体和Si颗粒置于真空炉中，抽真空加热至1500℃，保温10h，碳预制体与液态Si反应烧结，反应完成后继续加热至1700℃，使余量的Si气化排出，取出得到的多孔SiC陶瓷，将制得的多孔SiC陶瓷置于沉积炉中，加热至1500℃，通过压差法将裂解将高温裂解甲基三氯硅烷后产生的含有硅源的裂解气输送至SiC陶瓷周围，沉积10h，使多孔SiC陶瓷致密化，制得所需三维结构的致密SiC陶瓷材料。
实施例9
(a)构建零件CAD模型，转化为STL格式，并采用激光选区烧结增材制造技术，使用PS和石墨烯复合粉末成形三维树脂结构；
(b)将步骤(a)中获得的三维树脂结构在氩气保护气氛条件下，600℃保温10h热解碳化，制得碳预制体；
(c)采用气相渗硅法，以Si颗粒作为硅源，将步骤(b)中热解碳化制得的碳预制体和Si颗粒置于真空炉中，抽真空加热至1600℃，保温10h，碳预制体与气态Si反应烧结，制得多孔SiC/C/GR复合陶瓷材料，将制得的SiC/C/GR复合陶瓷材料置于沉积炉中，加热至1500℃，通过压差法将裂解将高温裂解甲基三氯硅烷后产生的含有硅源的裂解气输送至SiC/C/GR复合陶瓷材料周围，沉积10h，使多孔复合陶瓷致密化，制得所需三维结构的致密SiC/C/GR复合陶瓷材料。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于増材制造的SiC基陶瓷零件的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(a)选取树脂或树脂复合材料作为原料，采用増材制造的方法按照所需零件的三维结构制备获得三维树脂结构；
(b)将所述三维树脂结构进行热解碳化，使得该三维树脂中形成多孔结构，以此获得多孔的碳预制体；
(c)将所述碳预制体进行渗硅，使得该碳预制体中的碳与所述硅发生反应生成碳化硅，以此获得所需的SiC基陶瓷零件，其中，所述渗硅采用先驱体浸渍裂解法、化学气相渗透法或反应熔渗法。
2.如权利要求1所述的一种基于増材制造的SiC基陶瓷料零件的制备方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述树脂复合材料优选为树脂或树脂与碳纤维、碳纳米管、炭颗粒、石墨、石墨烯、Si和SiC中的一种或几种的复合材料。
3.如权利要求1或2所述的一种基于増材制造的SiC基陶瓷料零件的制备方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述増材制造优选为光固化、熔融沉积或激光选区烧结成形。
4.如权利要求1所述的一种基于増材制造的SiC基陶瓷料零件的制备方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述热解碳化优选在真空或保护性气体氛围下进行，所述保护气体优选为氮气、氦气、氖气、氩气、氙气中的一种或几种，热解温度优选为所述树脂三维结构的分解温度以上，热解时间优选为2h～10h。
5.如权利要求1所述的一种基于増材制造的SiC基陶瓷料零件的制备方法，其特征在于，在步骤(c)中，先驱体浸渍裂解法优选按照下列步骤进行：
首先，对所述碳预制体进行抽真空排除该碳预制体中的空气，然后采用熔融或溶液态的聚碳硅烷浸渍抽真空后的所述碳预制件，加压使所述聚碳硅烷充分填充至所述碳预制件的孔隙中，固化后在真空或保护气体中进行高温裂解，即制得所需的SiC基复合陶瓷材料。
6.如权利要求5所述的一种基于増材制造的SiC基陶瓷料零件的制备方法，其特征在于，所述聚碳硅烷溶液所使用的溶剂优选采用正己烷、甲苯、二甲苯或四氯化碳，所述高温裂解的温度优选为800℃～1100℃。
7.如权利要求1所述的一种基于増材制造的SiC基陶瓷料零件的制备方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述化学气相渗透法优选按照下列步骤进行：选取三氯甲基硅烷作为硅源，H2为载气，Ar为稀释气载气携带三氯甲基硅烷至加热炉中，在稀释气的氛围中进行裂解获得裂解气，将所述碳预制体置于所述裂解气中加热沉积，以此获得所需的SiC复合陶瓷材料。
8.如权利要求7所述的一种基于増材制造的SiC基陶瓷料零件的制备方法，其特征在于，所述加热沉积中的温度优选为800℃～1100℃，沉积时间优选为20h～100h。
9.如权利要求1所述的一种基于増材制造的SiC基陶瓷料零件的制备方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述反应熔渗法优选按照下列步骤进行：选取Si单质作为硅源，高温下使Si单质熔化，将液相Si浸渗至所述碳预制体中，加热使得所述Si和所述碳预制件中的C反应生成SiC，以此获得所需的SiC陶瓷基复合材料零件，其中，加热的温度优选为1450℃～1700℃。
10.一种如权利要求1-9所述的制备方法获得的SiC基陶瓷零件。
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108251063A (zh) * 2016-12-28 2018-07-06 北京有色金属研究总院 一种高性能复合相变材料及其制备方法
CN110698202A (zh) * 2019-11-08 2020-01-17 北京科技大学广州新材料研究院 金刚石-碳化硅复合材料及其制备方法和应用
CN113548882A (zh) * 2020-04-24 2021-10-26 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种堇青石陶瓷器件及其制备方法与应用
CN114292115A (zh) * 2021-12-31 2022-04-08 华中科技大学 一种基于机器人激光增材制造的增强SiC复合材料制备方法
CN114394844A (zh) * 2021-12-28 2022-04-26 华中科技大学 一种废料3d打印制备碳化硅陶瓷的方法及碳化硅陶瓷
CN114478053A (zh) * 2022-01-30 2022-05-13 华中科技大学 一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法
CN114478056A (zh) * 2022-03-07 2022-05-13 武汉楚辰新材料科技有限公司 一种热交换器用多孔石墨管的整体成型方法
CN114890425A (zh) * 2022-04-02 2022-08-12 西安交通大学 一种多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶及其3d打印制备方法和应用
CN115650755A (zh) * 2022-11-03 2023-01-31 西北工业大学 一种3d打印制备连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009155203A (ja) * 1998-06-04 2009-07-16 Toyo Tanso Kk 炭素繊維強化炭素複合材及び単結晶引き上げ装置用部材
CN104496508A (zh) * 2014-12-01 2015-04-08 西安交通大学 基于光固化3D打印的SiC陶瓷基涡轮叶片的制造方法
CN106966751A (zh) * 2016-11-21 2017-07-21 北京航空航天大学 高性能低成本C/C‑SiC复合材料制动盘及其制备方法与应用
CN109467438A (zh) * 2019-01-09 2019-03-15 北京理工大学 一种碳化硅陶瓷光固化成型方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009155203A (ja) * 1998-06-04 2009-07-16 Toyo Tanso Kk 炭素繊維強化炭素複合材及び単結晶引き上げ装置用部材
CN104496508A (zh) * 2014-12-01 2015-04-08 西安交通大学 基于光固化3D打印的SiC陶瓷基涡轮叶片的制造方法
CN106966751A (zh) * 2016-11-21 2017-07-21 北京航空航天大学 高性能低成本C/C‑SiC复合材料制动盘及其制备方法与应用
CN109467438A (zh) * 2019-01-09 2019-03-15 北京理工大学 一种碳化硅陶瓷光固化成型方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨永强等: "《广东省增材制造（3D打印）产业技术路线图》", 30 April 2017, 华南理工大学出版社 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108251063A (zh) * 2016-12-28 2018-07-06 北京有色金属研究总院 一种高性能复合相变材料及其制备方法
CN108251063B (zh) * 2016-12-28 2021-05-11 有研工程技术研究院有限公司 一种高性能复合相变材料及其制备方法
CN110698202A (zh) * 2019-11-08 2020-01-17 北京科技大学广州新材料研究院 金刚石-碳化硅复合材料及其制备方法和应用
CN110698202B (zh) * 2019-11-08 2022-04-05 北京科技大学广州新材料研究院 金刚石-碳化硅复合材料及其制备方法和应用
CN113548882A (zh) * 2020-04-24 2021-10-26 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种堇青石陶瓷器件及其制备方法与应用
CN114394844A (zh) * 2021-12-28 2022-04-26 华中科技大学 一种废料3d打印制备碳化硅陶瓷的方法及碳化硅陶瓷
CN114292115A (zh) * 2021-12-31 2022-04-08 华中科技大学 一种基于机器人激光增材制造的增强SiC复合材料制备方法
CN114478053A (zh) * 2022-01-30 2022-05-13 华中科技大学 一种铝基碳化硅复合材料及其制备方法
CN114478056A (zh) * 2022-03-07 2022-05-13 武汉楚辰新材料科技有限公司 一种热交换器用多孔石墨管的整体成型方法
CN114890425A (zh) * 2022-04-02 2022-08-12 西安交通大学 一种多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶及其3d打印制备方法和应用
CN114890425B (zh) * 2022-04-02 2023-12-19 西安交通大学 一种多级结构弹性碳化硅纳米线气凝胶及其3d打印制备方法和应用
CN115650755A (zh) * 2022-11-03 2023-01-31 西北工业大学 一种3d打印制备连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的方法
CN115650755B (zh) * 2022-11-03 2023-08-18 西北工业大学 一种3d打印制备连续纤维增韧碳化硅陶瓷基复合材料的方法

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