專利名稱：基于光固化原型熱解的碳化硅陶瓷復合材料成型工藝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種陶瓷制件的新工藝，特別是形狀復雜、尺寸精度高的基于光固化原型熱解的碳化硅陶瓷復合材料成型工藝方法。
背景技術：
碳化硅陶瓷材料是最重要的高性能工程陶瓷材料之一，其制件在石油化工、航空航天、國防軍工等領域有廣泛的應用和迫切的需求。傳統(tǒng)的制備工藝是從粉末原料制成坯體，然后高溫燒結制造出構件，這種方法的坯體制作無論從尺寸精度還是形狀復雜程度上都不能滿足要求。目前最常用的方法是粉料的塑性成型，但是它對原料的流變特性要求高，且碳化硅材料可塑性差，也難以塑性成型出復雜精密的制件。近來出現(xiàn)的用木材、天然纖維等為有機模板原位轉化制備碳化硅陶瓷制件的方法，因天然木材或纖維結構不均勻，個體差異大，很難以滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了滿足應用的要求，克服碳化硅陶瓷質(zhì)地硬、后期加工難以及已知工藝方法存在的缺陷或不足，本發(fā)明提出一種基于光固化原型熱解的碳化硅陶瓷復合材料成型工藝方法，該工藝可以制造出內(nèi)部組織均勻、形狀復雜和成型精度高的有機模板，進而制造出形狀復雜、尺寸精確、無需后期去料加工的碳化硅陶瓷制件。
本發(fā)明采用的技術方案是一種基于光固化原型熱解的碳化硅陶瓷復合材料成型工藝方法，以液態(tài)光敏樹脂和無機硅為原料，采用光固化原型工藝與反應型碳化硅制備工藝相結合，具體包括1)根據(jù)實際要求，構造制件的三維數(shù)據(jù)模型，并將數(shù)據(jù)模型轉化為STL格式文件；
2)用快速成型機自身的分層軟件做分層處理，并將處理數(shù)據(jù)導入制造程序中；3)在光固化快速成型機上制造出樹脂原型；其特征在于，還包括以下步驟4)將光固化得到的樹脂原型放入坩鍋，放進真空高溫爐中碳化，升溫速度100℃/h，碳化溫度500℃～600℃，保溫時間為4h～5h，然后隨爐冷卻至室溫取出，得到制件的三維碳支架；5)在石墨坩鍋中放入三維碳支架并用Si粉包埋，將坩鍋放進真空高溫爐中并蓋上坩鍋蓋子，然后加熱，升溫速度600℃/h，反應溫度1500℃～1600℃，保溫時間為0.5～1h，三維碳支架吸收熔融的無機硅，硅與碳發(fā)生化學反應形成碳化硅，硅在碳支架上進行原位反應形成碳化硅陶瓷復合材料制件。再經(jīng)1700℃抽真空排Si 2h，隨爐冷卻至室溫取出，獲得碳化硅及其復合材料的制件。
本發(fā)明的方法改變了傳統(tǒng)的陶瓷構件制備工藝過程，可以制造出任何結構形狀復雜、尺寸精度高的碳化硅陶瓷制件。為小批量生產(chǎn)碳化硅陶瓷及其復合材料制件提供了新的工藝方法，大大提高了高溫結構部件和定制化產(chǎn)品的研制速度，實現(xiàn)了碳化硅陶瓷的無模精密制造。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖；圖2是制件三維模型圖；圖3是碳化示意圖；圖中的符號表示為1.制件2.坩鍋3.爐體；圖4是滲Si反應示意圖，圖中的符號表示為1.制件、2.坩鍋、3.爐體、4.Si粉、5.坩鍋蓋。
以下結合附圖和發(fā)明人給出的實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
具體實施例方式
本發(fā)明的基于光固化原型熱解的碳化硅陶瓷復合材料成型工藝方法，通過光固化快速成型工藝制成原型，為碳化硅陶瓷的外形和內(nèi)部組織提供有機模板，通過熱解工藝轉化為無機模板——三維碳支架。然后進行高溫滲硅，硅在碳支架上進行原位反應形成碳化硅陶瓷及其復合材料構件。
實施例1參見圖1，本發(fā)明的工藝步驟包括1.3D模型設計步驟，根據(jù)實際要求，用Pro/E軟件構造制件的三維數(shù)據(jù)模型，如圖2所示；并將圖2所示模型存儲為STL格式文件；2.用快速成型機自帶的分層軟件做分層處理，并將處理數(shù)據(jù)導入制造程序中；3.在光固化快速成型機上制造出樹脂原型；上述步驟均是本領域的成熟技術。
4.將光固化得到的樹脂原型放入坩鍋，放進真空高溫爐中碳化，升溫速度100℃/h，碳化溫度600℃，保溫時間為4h，然后隨爐冷卻至室溫取出，得到制件的三維碳支架，如圖3所示；5.在石墨坩鍋中放入碳支架并用Si粉包埋，Si粉粒徑為60μm，將坩鍋放進真空高溫爐中并蓋上坩鍋蓋子，然后加熱，如圖4所示。升溫速度600℃/h，反應溫度1600℃，保溫時間為0.5h，再經(jīng)1700℃抽真空排Si2h，隨爐冷卻至室溫取出，硅與碳支架產(chǎn)生化學反應，獲得碳化硅及其復合材料的制件；6.對制件進行表面清理。
實施例2本實施例與實施例1所不同的是，在步驟4中，碳化溫度500℃，保溫時間為5h；步驟5中，Si粉粒徑為50μm，反應溫度1500℃，保溫時間為1h，其余均同實施例1。
權利要求
1.一種基于光固化原型熱解的碳化硅陶瓷復合材料成型工藝方法，以液態(tài)光敏樹脂和無機硅為原料，采用光固化原型工藝與反應型碳化硅制備工藝相結合，具體包括1)根據(jù)實際要求，構造制件的三維數(shù)據(jù)模型，并將數(shù)據(jù)模型轉化為STL格式文件；2)用快速成型機自身的分層軟件做分層處理，并將處理數(shù)據(jù)導入制造程序中；3)在光固化快速成型機上制造出樹脂原型；其特征在于，還包括以下步驟4)將光固化得到的樹脂原型放入坩鍋，放進真空高溫爐中碳化，升溫速度100℃/h，碳化溫度500℃～600℃，保溫時間為4h～5h，然后隨爐冷卻至室溫取出，得到制件的三維碳支架；5)在石墨坩鍋中放入三維碳支架并用Si粉包埋，將坩鍋放進真空高溫爐中并蓋上坩鍋蓋子，然后加熱，升溫速度600℃/h，反應溫度1500℃～1600℃，保溫時間為0.5～1h，再經(jīng)1700℃抽真空排Si2h，隨爐冷卻至室溫取出，獲得碳化硅及其復合材料的制件。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于光固化原型熱解的碳化硅陶瓷復合材料成型工藝方法，其基礎原理是光固化快速成型工藝和反應燒結碳化硅技術的結合。主要的工藝方法是以液態(tài)光敏樹脂為制件成型原料，通過光固化快速成型工藝制成原型，為碳化硅陶瓷的外形和內(nèi)部組織提供有機模板，通過熱解工藝轉化為無機模板——三維碳支架。然后進行高溫滲硅，硅在碳支架上進行原位反應形成碳化硅陶瓷及其復合材料構件。該方法改變了傳統(tǒng)的陶瓷構件制備工藝過程，克服了傳統(tǒng)工藝難以制造形狀復雜、尺寸精密的陶瓷制件的不足，實現(xiàn)了碳化硅陶瓷的無模精密制造。
文檔編號C04B35/63GK1609054SQ20041007318
公開日2005年4月27日 申請日期2004年10月22日 優(yōu)先權日2004年10月22日
發(fā)明者李滌塵, 喬冠軍, 崔志中 申請人:西安交通大學