一种曲面梯度陶瓷零件及其制造方法转让专利
申请号 : CN202010628726.5
文献号 : CN111892399B
文献日 : 2021-10-08
发明人 : 吴甲民 , 何俊宏 , 刘荣臻 , 陈双 , 陈安南 , 陆路 , 史玉升 , 李晨辉
申请人 : 华中科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种曲面梯度陶瓷零件的制造方法,其特征在于,所述制造方法包括以下步骤:(1)将光引发剂及分散剂溶解在光敏树脂中以获得光敏预混液,再将一种或者多种陶瓷粉体加入所述光敏预混液中进行球磨混合并除气,以获得多种不同组分的陶瓷膏体;
(2)沿着待制造曲面梯度陶瓷零件的模型曲面进行切片,以实现模型沿曲面的分层;
(3)以多种不同组分的陶瓷膏体为原料,结合分层结果先将第一种组分的陶瓷膏体沿模型曲面铺覆并采用紫外光照射固化,随后沿着模型曲面铺覆第二种组分的陶瓷膏体并采用紫外光照射固化,如此重复进行直到所有组分的陶瓷膏体铺覆及固化完成,由此得到待制造曲面梯度陶瓷零件的素坯,将所述素坯进行排胶及烧结以得到曲面梯度陶瓷零件。
2.如权利要求1所述的曲面梯度陶瓷零件的制造方法,其特征在于:所述光敏树脂为丙烯酸树脂和/或环氧树脂;所述光引发剂为自由基光引发剂和/或阳离子光引发剂;所述分散剂为聚丙烯酸铵、柠檬酸铵、聚丙烯酸钠、四甲基氢氧化铵、油酸、硬脂酸、聚乙二醇中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的曲面梯度陶瓷零件的制造方法,其特征在于:所述光引发剂的质量为所述光敏树脂质量的1wt%~3wt%;所述分散剂的质量为所述陶瓷粉体质量的1wt%~4wt%;所述陶瓷膏体包括以下体积百分比的组分:陶瓷粉体30vol%~70vol%、光敏预混液30vol%~70vol%。
4.如权利要求1‑3任一项所述的曲面梯度陶瓷零件的制造方法,其特征在于:采用的紫外光波长为355nm或405nm,紫外光功率为300mW~500mW,扫描速度为50mm/s~3000mm/s,扫描间距为0.05mm~0.2mm。
5.如权利要求1所述的曲面梯度陶瓷零件的制造方法,其特征在于:采用的排胶温度为
600℃~700℃,升温速率为0.2℃/min~1℃/min,保温时间为6h~12h;采用的烧结温度为
1400℃~2000℃,保温时间为2h。
6.一种采用权利要求1‑5任一项所述的曲面梯度陶瓷零件的制造方法制备而成的曲面梯度陶瓷零件。
说明书 :
一种曲面梯度陶瓷零件及其制造方法
技术领域
背景技术
护导弹天线和雷达的正常工作,这要求它不仅具有良好的气动外形和透波性能,还要有一
定的强度和刚度,以承受气动载荷的作用。导弹天线罩的制造难题主要是难以将良好的透
波性能、机械强度、耐腐蚀、耐高温等优良性能结合在一起。曲面梯度陶瓷能够很好的解决
这个问题,可以利用不同的叠层来使天线罩具有多种优良性能,但曲面与梯度结合陶瓷的
成形是目前尚未解决的问题,因此,需要采用新型的陶瓷增材制造方法来制造这种曲面梯
度陶瓷。
大的优势。陶瓷立体光固化(Stereolithography,SL)是目前主流的陶瓷增材制造技术之
一,与其他方法相比,陶瓷立体光固化技术可以制造出更为致密、精细的陶瓷零件。将陶瓷
高强度、耐高温、耐腐蚀、良好的透波性能等与陶瓷立体光固化技术的特点结合起来,能够
很大程度地提升高性能陶瓷在各个领域的推广及应用。陶瓷立体光固化通常使用陶瓷膏体
和浆料两种原料,陶瓷膏体与浆料相比,在紫外光照射固化前已经具有一定的强度,可以在
完成造型而未固化之前保持特定的形状。曲面梯度陶瓷的应用非常广泛,但是如何实现这
种陶瓷的制造具有很大的挑战,现在的平面切片增材制造技术很难实现。
发明内容
备曲面梯度陶瓷的模型的曲面铺覆并完成固化,随后铺覆第二种组分陶瓷膏体并固化,如
此重复,直至铺覆及固化完所有组分的陶瓷膏体,以得到曲面梯度陶瓷零件素坯,继而对素
坯进行排胶及烧结以得到曲面梯度陶瓷零件,由此陶瓷本身具有一定的强度,曲面铺覆陶
瓷膏体,且采用紫外光照射逐层固化可以很好的解决曲面梯度陶瓷零件难以制造的问题。
并采用紫外光照射固化,如此重复进行直到所有组分的陶瓷膏体铺覆及固化完成,由此得
到待制造曲面梯度陶瓷零件的素坯,进而得到曲面梯度陶瓷零件。
气,以获得多种不同组分的陶瓷膏体。
氧化铵、油酸、硬脂酸、聚乙二醇中的一种或多种。
分:陶瓷粉体30vol%~70vol%、光敏预混液30vol%~70vol%。
重复,直至铺覆及固化完所有组分的陶瓷膏体,以得到曲面梯度陶瓷零件素坯,继而对素坯
进行排胶及烧结以得到曲面梯度陶瓷零件,由此陶瓷本身具有一定的强度,曲面铺覆陶瓷
膏体,且采用紫外光照射逐层固化可以很好的解决曲面梯度陶瓷零件难以制造的问题。
面梯度陶瓷零件。
等各项应用需求,直接制造出结构与性能相结合的曲面梯度陶瓷零件,在航空航天、电子信
息等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
具体实施方式
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。
膏体。
体、氮化硼(BN)陶瓷粉体、氮化硅(Si3N4)陶瓷粉体和碳化硅(SiC)陶瓷粉体等及碳化硅晶须
(SiC(w))、氮化硼颗粒(BN(p))、氮化硼晶须(BN(w))、氮化硼纤维(BN(f))等增强相,包括其中的
一种或多种。
酸、硬脂酸、聚乙二醇中的一种或多种。
瓷粉体30~70vol%、光敏预混液30~70vol%。
梯度陶瓷层叠加而成,为了使曲面梯度陶瓷零件可以使用增材制造的方法,使用上述软件
将待制造曲面梯度陶瓷零件沿曲面分层。
的陶瓷膏体并采用紫外光照射固化,如此重复进行直到所有组分的陶瓷膏体铺覆及固化完
成,由此得到待制造曲面梯度陶瓷零件的素坯。
体质量的2wt%。接着,称量适量Al2O3、ZrO2陶瓷粉体,调节各项成分比例,之后将陶瓷粉体
分别与光敏预混液在行星式球磨机中球磨混合并除气,最终获得Al2O3陶瓷膏体中陶瓷粉体
占比40vol%、光敏预混液60vol%;ZrO2陶瓷膏体中陶瓷粉体占比60vol%,光敏预混液
40vol%。
梯度陶瓷零件素坯。其中,光固化设备的紫外光波长为355nm或405nm,紫外光功率为300mW
~500mW,扫描速度为500mm/s,扫描间距为0.05mm。
结温度为1600℃,保温时间为2h,最终制备出Al2O3‑ZrO2曲面梯度陶瓷。
量的3wt%。接着,称量适量Al2O3、ZrO2陶瓷粉体,调节各项成分比例,之后将陶瓷粉体分别
与光敏预混液在行星式球磨机中球磨混合并除气,最终获得Al2O3陶瓷膏体中陶瓷粉体占比
50vol%,光敏预混液50vol%;Al2O3/ZrO2复合陶瓷膏体中Al2O3和ZrO2陶瓷粉体共占比
50vol%,光敏预混液50vol%。
瓷膏体并完成固化得到曲面梯度陶瓷零件素坯。其中,光固化设备的紫外光波长为355nm或
405nm,紫外光功率为300mW~500mW,扫描速度为1000mm/s,扫描间距为0.1mm。
采用的烧结温度为1500℃,保温时间为2h,最终制备出ZrO2、Al2O3/ZrO2曲面梯度陶瓷。
量为陶瓷粉体质量的4wt%。接着,称量适量Si3N4陶瓷粉体,调节各项成分比例,之后将陶瓷
粉体分别与光敏预混液在行星式球磨机中球磨混合并除气,最终获得A组分Si3N4陶瓷膏体
中陶瓷粉体占比60vol%,光敏预混液40vol%;B组分Si3N4陶瓷膏体中陶瓷粉体占比
40vol%,光敏预混液60vol%。
体并完成固化,最后再铺覆A组分Si3N4陶瓷膏体并完成固化得到曲面梯度陶瓷零件素坯。本
实施例中,光固化设备的紫外光波长为355nm或405nm,紫外光功率为300~500mW,扫描速度
为1500mm/s,扫描间距为0.15mm。
艺采用的烧结温度为1800℃,保温时间为2h,最终制备出Si3N4夹层结构曲面梯度陶瓷。
量为陶瓷粉体质量的2wt%。接着,称量适量Si3N4陶瓷粉体和SiC晶须,调节各项成分比例,
将纯Si3N4陶瓷粉体和不同组分SiC(w)/Si3N4陶瓷粉体分别与光敏预混液在行星式球磨机中
球磨混合并除气,最终获得纯Si3N4陶瓷膏体中陶瓷粉体占比70vol%,光敏预混液30vol%;
C组分SiC(w)/Si3N4陶瓷膏体中Si3N4陶瓷粉体占比45vol%,SiC晶须占比5vol%,光敏预混
液50vol%;D组分SiC(w)/Si3N4陶瓷膏体中Si3N4陶瓷粉体占比40vol%,SiC晶须占比
10vol%,光敏预混液50vol%。
铺覆C组分SiC(w)/Si3N4陶瓷膏体并完成固化,最后铺覆D组分SiC(w)/Si3N4陶瓷膏体并完成
固化得到曲面梯度陶瓷零件素坯。本实施例中,光固化设备的紫外光波长为355nm或405nm,
紫外光功率为300mW~500mW,扫描速度为2000mm/s,扫描间距为0.2mm。
10h;烧结工艺采用的烧结温度为1750℃,保温时间为2h,最终制备出SiC晶须增强的Si3N4渐
变型结构曲面梯度陶瓷零件。
在本发明的保护范围之内。