CN112279649A - 一种基于4D打印技术的飞机用SiC陶瓷结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及4D打印技术领域，具体为一种基于4D打印技术的飞机用SiC陶瓷结构，所述SiC陶瓷结构包括：平直区和弯折区；所述平直区和弯折区均由陶瓷基体通过4D打印技术一体成型打印而成；所述陶瓷基体由打印浆料、短切纤维和增韧元素混合而成。本发明的一种制备方法，包括以下步骤：步骤A：配置陶瓷基体，将打印浆料、短切纤维和增韧元素按体积比15∶3∶2进行混合；步骤B：将配置好的陶瓷基体通过4D打印机打印得到成品结构。该发明通过短切纤维与增韧元素的复合可实现陶瓷结构的超塑性，从根本上改善陶瓷结构弯折区2处的韧性，降低断裂的风险，且制作过程简单，选材方便，降低打印成本。
Description
技术领域
本发明涉及4D打印技术领域，具体为一种基于4D打印技术的飞机用SiC陶瓷结构及其制备方法。
背景技术
4D打印技术是近几年来基于3D打印而发展起来的一种新颖的快速成型技术。它是3D打印结构在形状、结构和功能上一种有目的性的进化，从而能够有效地实现自组装、变形和自我修复。4D打印技术的核心组成部分包括3D打印设备、3D模型设计、刺激响应材料、外界刺激和相互作用机制。其中，4D打印材料应满足2个要求：可打印性和智能性。首先，如果材料不能用现有的3D打印技术制造，那么4D打印结构将不存在。因此，可用于3D打印的材料是实现4D打印的前提。
为了使3D打印的陶瓷基体材料呈现4D打印效果，所选择的陶瓷基体材料需要具有一定的形状记忆特性，形状记忆陶瓷主要分为以下三类：黏弹性形状记忆陶瓷、马氏体形状记忆陶瓷、铁电性形状记忆陶瓷。
现有的陶瓷材料3D→4D主要是从结构上进行设计，由于陶瓷材料脆性大，断裂韧性差，陶瓷基体很难在外界影响下进行自变形，这对4D打印多孔陶瓷的应用领域限制较大，对于难以在结构设计上实现3D→4D转化的则无法应用。鉴于此，我们提出一种基于4D打印技术的飞机用SiC陶瓷结构及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于4D打印技术的飞机用SiC陶瓷结构及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于4D打印技术的飞机用SiC陶瓷结构，所述SiC陶瓷结构包括：平直区和弯折区；
所述平直区和弯折区均由陶瓷基体通过4D打印技术一体成型打印而成；
所述陶瓷基体由打印浆料、短切纤维和增韧元素混合而成。
优选的，所述短切纤维的长度为0.1-0.3mm。
优选的，所述增韧元素为Al、Al2O3、Y2O3中的一种。
本发明还提供一种制备方法，用于制备所述的SiC陶瓷结构，包括以下步骤：
步骤A：配置陶瓷基体，将打印浆料、短切纤维和增韧元素按体积比15∶3∶2进行混合；
步骤B：打印，将配置好的陶瓷基体通过4D打印机打印得到成品结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过短切纤维与增韧元素的复合可实现陶瓷结构的超塑性，含有不同配比的短切纤维、增韧元素的SiC陶瓷结构复合打印，完善了陶瓷结构的4D打印技术，从根本上改善陶瓷结构弯折区处的韧性，降低断裂的风险，解决弯折区处易开裂且无法进行复杂构造打印的问题，且制作过程简单，选材方便，降低打印成本。
附图说明
图1为本发明实施例1的整体结构示意图；
图2为本发明实施例1的整体结构侧视图；
图3为本发明实施例2的方法流程图。
图中：1、平直区；2、弯折区。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1和图2所示，一种基于4D打印技术的飞机用SiC陶瓷结构，所述的SiC陶瓷结构包括：平直区1和弯折区2；平直区1和弯折区2均由陶瓷基体通过4D打印技术一体成型打印而成；陶瓷基体由打印浆料、短切纤维和增韧元素混合而成，其中，短切纤维的长度为0.1-0.3mm，增韧元素为Al、Al2O3、Y2O3中的一种，短切纤维与增韧元素的复合可实现陶瓷结构的超塑性，含有不同配比的短切纤维、增韧元素的SiC陶瓷结构复合打印，完善了陶瓷结构的4D打印技术，从根本上改善陶瓷结构弯折区2处的韧性，降低断裂的风险，解决弯折区2处易开裂且无法进行复杂构造打印的问题。
实施例2
如图3所示，一种制备方法，用于制备所述的SiC陶瓷结构，包括以下步骤：
步骤A：配置陶瓷基体，将打印浆料、短切纤维和增韧元素按体积比15∶3∶2进行混合；
步骤B：打印，将配置好的陶瓷基体通过4D打印机打印得到成品结构，具体的，打印过程中，位于弯折区2处陶瓷基体中的短切纤维、增韧元素占比更大，且短切纤维、增韧元素的占比从弯折区2向两侧平直区1逐渐递减，以此不仅降低打印原料的成本，且能保证弯折区2部分的结构强度。
通过上述内容不难看出，短切纤维与增韧元素的复合可实现陶瓷结构的超塑性，含有不同配比的短切纤维、增韧元素的SiC陶瓷结构复合打印，完善了陶瓷结构的4D打印技术，从根本上改善陶瓷结构弯折区2处的韧性，降低断裂的风险，解决弯折区2处易开裂且无法进行复杂构造打印的问题，且制作过程简单，选材方便，降低打印成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种基于4D打印技术的飞机用SiC陶瓷结构，其特征在于，所述SiC陶瓷结构包括：平直区(1)和弯折区(2)；
所述平直区(1)和弯折区(2)均由陶瓷基体通过4D打印技术一体成型打印而成；
所述陶瓷基体由打印浆料、短切纤维和增韧元素混合而成。
2.根据权利要求1所述的基于4D打印技术的飞机用SiC陶瓷结构，其特征在于：所述短切纤维的长度为0.1-0.3mm。
3.根据权利要求1所述的基于4D打印技术的飞机用SiC陶瓷结构，其特征在于：所述增韧元素为Al、Al2O3、Y2O3中的一种。
4.一种制备方法，用于制备权利要求1-3任一所述的SiC陶瓷结构，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：配置陶瓷基体，将打印浆料、短切纤维和增韧元素按体积比15∶3∶2进行混合；
步骤B：打印，将配置好的陶瓷基体通过4D打印机打印得到成品结构。
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