CN114474707A

CN114474707A - 一种制作渗铝用碳化硅基体的方法

Info

Publication number: CN114474707A
Application number: CN202210123759.3A
Authority: CN
Inventors: 张西鹏; 庞瑞峰; 张希文; 马萍
Original assignee: Beijing Jingcheng Additive Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Jingcheng Additive Technology Co ltd
Priority date: 2022-02-10
Filing date: 2022-02-10
Publication date: 2022-05-13

Abstract

本发明涉及一种制作渗铝用碳化硅基体的方法，包括将碳化硅粉粒、高温粘接剂粉粒及催化剂按比例均匀混合，然后在打印机上均匀层铺，打印头喷射树脂粘接剂件将混合粉粒固化粘接成型；基块打印完成且硬化后，放入热处理炉中高温烧除常温树脂，同时高温粘接剂反应烧结，继续保持碳化硅基块的形状和强度，冷却后可用于后续渗铝处理。本发明渗铝碳化硅基块的制作方法，工艺简单，周期短，基块强度好，孔隙率均匀且比模压法高，便于后续渗铝操作。本方法可实现各种形状尺寸的碳化硅基块制作，成型速度快，可实现大批量渗铝碳化硅基体的生产。

Description

一种制作渗铝用碳化硅基体的方法

技术领域

本发明属于复合材料制备领域和增材制造领域，具体涉及一种基于粉末喷墨粘接打印成型方式制作渗铝用碳化硅基体的方法。

背景技术

渗铝碳化硅复合材料具有强度高，膨胀系数小，导热导电能力强，耐磨等特点，在电子芯片封装、航空航天、高铁等行业领域有广泛应用。目前渗铝碳化硅复合材料的制备方法一般采用模压法制备碳化硅基块，然后在高温高压下对基块进行渗铝处理。而模压法制备碳化硅基块，通常存在压实不均、常温强度低、表面粗糙、形状受限、不易操作等问题，对后续渗铝成品率及性能有很大影响。专利CN108129168 A公布了一种基于3D打印的铝基复合材料的制备方法及铝基复合材料，其是将陶瓷粉体、粘接剂、消泡剂及溶剂等混制成膏体，装入3D打印机料仓中，采用喷嘴挤压成型的方法制备坯体。但该方法存在制备膏体复杂，周期长，打印精度不高，速度慢，不易制作复杂形状，后续烧结温度高等不足。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种基于粉末材料喷墨粘接打印成型的渗铝碳化硅基体制作方法，此方法可解决现有渗铝碳化硅基块制作成本高，周期长，强度低，不便制作任意形状等问题，可以进行大批量的生产制作。

本发明制作渗铝碳化硅基体方法主要包括以下步骤内容：

（1）将预制好的碳化硅粉体和高温粘接剂磷酸二氢铵粉体分别加入粉材喷墨粘接打印机料仓，将粘接剂呋喃树脂和固化剂苯磺酸和/或对甲苯磺酸分别加入粉材喷墨粘接打印机液料桶；

（2）设定好打印参数，开始打印，打印机自动按照打印参数抽取设定比例的碳化硅和高温粘接剂粉体，加入固化剂混匀，在打印工作台面均匀铺设一层混合好的粉料，然后打印头在指定区域喷射所需轮廓形状的粘接剂，之后工作台面下移一个层厚高度，如此铺粉、喷射粘接交替进行，最终完成碳化硅基体的三维实体构建；

（3）碳化硅基块打印完成后，在工作箱中常温固化2-4小时，取出，清理基块表面浮粉；

（4）将打印后的碳化硅基块放入热处理炉中，加热到600-800℃并保温，使树脂分解烧除，并使磷酸二氢铵脱脂烧结，保持基块强度，而后随炉冷却到室温，取出基块即可作为后续渗铝基块使用。

在本发明的一个优选实施方式中，所述打印参数包括层厚、分辨率、高温粘接剂比例。

在本发明的另一个优选实施方式中，所述碳化硅粉体中90%的粉体大于140目。

在本发明的另一个优选实施方式中，所述碳化硅粉体中12-18wt%为70目，40-60wt%为100目，30-40wt%为140目。本发明通过采用多尺寸碳化硅粉体，有助于进一步提高基块强度和孔隙率。

在本发明的一个优选实施方式中，所述渗铝基块的抗拉强度在1.2-1.4MPa；优选为1.2-1.4MPa。

在本发明的一个优选实施方式中，所述渗铝基块的孔隙率为45-47%。

本发明渗铝碳化硅基块的制作方法，工艺简单，周期短，基块强度好，孔隙率均匀且比模压法高，便于后续渗铝操作。本方法可实现各种形状尺寸的碳化硅基块制作，成型速度快，可实现大批量渗铝碳化硅基体的生产。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面将结合本发明实施例，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。

如无特殊说明，本发明实施例中所涉及的试剂均为市售产品，均可以通过商业渠道购买获得。

实施例1：

（1）将单尺寸（140目≥90%）颗粒的碳化硅粉体和磷酸二氢铵粉体（平均粒径为100μm），分别加入打印机料仓；将粘接剂呋喃树脂（主要成分为糠醇）和固化剂苯磺酸分别加入到打印机液料桶内。

（2）设置打印层厚0.22mm，磷酸二氢铵加入量4%（占碳化硅重量%），固化剂加入量0.3%（占碳化硅重量%），粘接剂加入量约1.8%（占碳化硅重量%），打印分辨率0.08mm，调整好打印机状态后开始打印。

（3）打印机自动按设置比例定量进行加粉（碳化硅+磷酸二氢铵），滴入固化剂混匀，在打印平台表面均匀铺设一层碳化硅混合粉体，打印头在该层粉体上喷射所需轮廓形状的粘接剂，打印平台下降0.22mm，继续反复进行铺粉、喷射粘接、平台下降动作，直至累积完成碳化硅基块的三维打印。

（4）打印完成后，常温固化2-4小时后，将打印碳化硅基块取出并清理表面浮粉。

（5）将清理后的碳化硅基块放入加热炉中，以3-6℃/min速度升温至700℃，保温30分钟后炉冷至室温。

（6）取出碳化硅基块，保存以备后续渗铝操作。

按实施例1打印出碳化硅标准试块，经检测抗拉强度在1.2-1.3MPa，孔隙率约45%，而传统模压法制作碳化硅标准试块，抗拉强度不足1MPa,孔隙率约30%。

实施例2

（1）将多尺寸（70目约15wt%，100目约50wt%，140目约35wt%）颗粒的碳化硅粉体和磷酸二氢铵粉体（平均粒径为100μm），分别加入打印机料仓；将粘接剂呋喃树脂和固化剂苯磺酸分别加入到打印机液料桶内。

（2）设置打印层厚0.30mm，磷酸二氢铵加入量8%（占碳化硅重量%），固化剂加入量0.25%（占碳化硅重量%），粘接剂量1.6%（占碳化硅重量%），打印分辨率0.1mm，调整好打印机状态后开始打印。

（3）打印机自动按设置比例定量进行加粉（碳化硅+磷酸二氢铵），滴入固化剂混匀，在打印平台表面均匀铺设一层碳化硅混合粉体，打印头在该层粉体上喷射所需轮廓形状的粘接剂，打印平台下降0.30mm，继续反复进行铺粉、喷射粘接、平台下降动作，直至累积完成碳化硅基块的三维打印。

（6）取出碳化硅基块，保存以备后续渗铝操作。

按实施例2打印出碳化硅标准试块，经检测抗拉强度在1.3-1.4MPa，孔隙率约47%，而传统模压法制作碳化硅标准试块，抗拉强度不足1MPa,孔隙率约30%。

以上描述实施例仅为本发明部分举例而并非全部，凡是采用将碳化硅粉体与高温粘接剂粉按比例配比并加入催化剂（如苯磺酸，对甲苯磺酸等）搅拌混匀，于粉末喷墨粘接打印机上层铺，用喷头将低温树脂粘接剂喷射到碳化硅混合粉上打印成型，并通过高温加热，烧除树脂粘接剂，同时使高温粘接剂脱脂烧结的方法，制得渗铝碳化硅基块的实施例，都属于本发明保护的范围之内。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种制作渗铝用碳化硅基体的方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，所述打印参数包括层厚、分辨率、高温粘接剂比例。

3.根据权利要求1所述的方法，所述碳化硅粉体中90%的粉体大于140目。

4.根据权利要求1所述的方法，所述碳化硅粉体中12-18wt%为70目，40-60wt%为100目，30-40wt%为140目。

5.根据权利要求1所述的方法，所述渗铝基块的抗拉强度在1.2-1.4MPa；优选为1.2-1.4MPa。

6.根据权利要求1所述的方法，所述渗铝基块的孔隙率为45-47%。