陶瓷顆?；旌衔?，以及從這種混合物制備陶瓷部件的方法【專利摘要】本發(fā)明涉及陶瓷顆?；旌衔铮鎏沾深w?；旌衔锇粗亓坑?jì)主要包含陶瓷材料制成的可燒結(jié)顆粒和至少一種添加劑的顆粒，所述至少一種添加劑是分散態(tài)吸收性無機(jī)固體材料，所述分散態(tài)吸收性無機(jī)固體材料對預(yù)定波長發(fā)射的激光束有比吸收度，所述比吸收度高于所述陶瓷混合物的其他組分的吸收度，并且在激光束存在下，所述分散態(tài)吸收性無機(jī)固體材料迅速降解，并放出氣體，所述添加劑存在的比例是小于干重的5%。本發(fā)明也涉及從這種混合物生產(chǎn)的陶瓷部件。【專利說明】陶瓷顆?；旌衔铮约皬倪@種混合物制備陶瓷部件的方法[0001]本發(fā)明涉及陶瓷顆?；旌衔?，所述陶瓷顆粒混合物按重量計(jì)主要包含陶瓷材料制成的可燒結(jié)顆粒和至少一種添加劑的顆粒，所述至少一種添加劑中的至少一種是無機(jī)固體材料。本發(fā)明也涉及基于這種陶瓷顆?；旌衔锏摹⑻幱谏鳡顟B(tài)或者處于燒結(jié)狀態(tài)的陶瓷坯件和陶瓷部件，以及從這種陶瓷混合物制備陶瓷部件的方法。[0002]通過侵蝕的激光加工方法由PhamD.T.等描述在Lasermilling(激光統(tǒng)削)，ProclnstnMechEngrs,卷216,B部分:J.EngineeringManufacture(工程加工雜志)，第657-667頁(2002)。就加工而言，激光輻射通常在非常短的時(shí)期內(nèi)遞送到減損維度(reduceddimension)的表面。這造成了極高的峰值功率密度(1012W/m2),這造成了經(jīng)福照材料中的一系列的轉(zhuǎn)變。[0003]能以這種方法獲得所述材料的熔融和蒸發(fā)，這造成局部的加工微腔。逐漸造成了一系列的這種空腔(特別是由于檢流計(jì)的偏轉(zhuǎn)器(deflector)或電動軸的移動)，使其可構(gòu)建表面的形貌并且逐步重新生成復(fù)雜的形狀。然而，這種名為“激光銑削”的為人所熟知的方法有很多缺點(diǎn):[0004]-為了使所述方法有效，所述材料對激光束波長必需有吸收性，這需要激光源適應(yīng)要加工的材料。[0005]-加工時(shí)間會非常長久(數(shù)十小時(shí))，并且對于小體積或有限體積的消除材料(例如數(shù)十mm3)也是如此。[0006]-部件中光束產(chǎn)生的熱造成了〃熱影響區(qū)域〃，在所述區(qū)域?qū)λ霾牧系男再|(zhì)造成局部損壞(形成玻璃相、開裂、生成不需要的新相等)。這方面對于陶瓷材料特別重要，認(rèn)為所述陶瓷材料非常脆弱，并且例如生成裂紋對其機(jī)械穩(wěn)定性方面而言特別有害。[0007]由于這些局限，這種方法經(jīng)常只用于生產(chǎn)單個組分并且是非常小的數(shù)量(壓制模具、構(gòu)建1?具等)。[0008]在專利申請W02006/079459中，描述了一種從材料流或例如激光的能量流來加工生坯體的方法。提出的加工是在生坯陶瓷或由通過有機(jī)粘合劑粘合把顆粒組裝在一起構(gòu)成的金屬部件上進(jìn)行的。生坯部件的成形是由傳統(tǒng)粉末冶金法進(jìn)行，所述方法也由陶瓷技師使用并且在文獻(xiàn)中有廣泛記載(壓制、擠壓等)。粘合劑的摻入(incorporation)同樣為現(xiàn)有技術(shù)已知，這能提高顆粒組裝的內(nèi)聚性。通過由于能量流或材料流對生坯物體的連續(xù)切割或“剪接"來獲得現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)中所述的加工。[0009]專利申請DE19501279公開了使用UV脈沖激光以獲得材料的選擇性消除。[0010]然而，這個文件強(qiáng)調(diào)了這個技術(shù)僅可能將材料少量除去，這是由于快速形成熔融材料層，所述熔融材料層再沉積在表面上。為了適應(yīng)這個缺點(diǎn)，這個文件提供了液體存在下加工表面的方案，從而避免了這種除去的材料再沉積下來。[0011]在A.Kruusing,Underwaterandwater-assistedlaserprocessing(7_K下和水輔助的激光加工):第I部分-generalfeatures,steamcleaningandshockprocessing(常見特性、蒸氣清潔和沖擊加工)OpticsandLasersinEngineering(光學(xué)和激光工程)41(2004)，第307-327頁中，也描述了在液體膜(經(jīng)常是水)存在下使用激光表面加工。激光輻射期間，所述液體膜在局部劇烈受熱，并且爆炸性地蒸發(fā)，從材料表面噴出礦渣和熔融顆粒。[0012]在國際專利申請W02010/055277中，將液體介質(zhì)中的加工原理應(yīng)用到生坯陶瓷或金屬組分的示例中。所述加工在(由有機(jī)粘合劑粘合在一起的)金屬或陶瓷的顆粒組裝部件上進(jìn)行，所述顆粒組裝部件浸沒在液體(水或醇)中，和/或其表面噴灑上這種液體。需要可變化的浸沒時(shí)期(半小時(shí)到24小時(shí))，從而使得所述液體通過開放孔隙侵入到生坯部件的核。[0013]激光輻射期間，在生坯材料的表面，對所述材料中包含的液體發(fā)生了非?？焖俚募訜?。所述液體的極快蒸發(fā)(“爆炸性蒸發(fā)”)造成所述生坯部件結(jié)構(gòu)的局部爆破。某些陶瓷材料(氧化鋁和滑石)上成功實(shí)施了所述方法，但是不能用于加工例如堇青石。作者指出不是所有的陶瓷都適合這種類型的加工。另外，由于所述部件的分散加熱會很快造成不希望的液體蒸發(fā)，所以加工深度仍然比較小(通常小于1_)。持續(xù)這種加工需要把所述部件的重復(fù)地(renewed)浸沒，或者將所述液體持續(xù)噴灑到要加工的表面。使用所述方法似乎特別繁瑣，因?yàn)橛兄辽偃齻€原因:[0014]溶劑的快速蒸發(fā)把加工深度限定在mm的程度。對某些陶瓷材料不能應(yīng)用所述方法。因?yàn)橛捎谒靡后w會自然蒸發(fā)，應(yīng)該避免中間存儲，所以需要在組分出現(xiàn)后立即加工。[0015]專利申請US2010/0032417中提到了就用于微電子裝置中的“焊接墊”的脫模/清潔或者打孔而言，通過UV激光(波長小于400nm)進(jìn)行生坯加工。一個實(shí)施方式提供了加工方法，所述方法通過使生坯團(tuán)塊(mass)中存在的有機(jī)粘合劑爆炸性蒸發(fā)來進(jìn)行。高溫下有機(jī)蒸氣快速膨脹，并且通過材料出坯來把生坯材料局部降解。在這個文件中，能生坯加工的有機(jī)相是陶瓷技師熟知的粘合劑，所述粘合劑能確保顆粒相互之間的內(nèi)聚性，并且增加所述部件的機(jī)械抗性。[0016]在J.Gurauskis等，LaserdrillingofN1-YSZCements(N1-YSZ水泥的激光打孔)，JournaloftheEuropeanCeramicSociety(歐洲陶瓷協(xié)會雜志)28(2008),第2673-2680頁，作者詳細(xì)描述了生坯陶瓷部件的激光穿孔的過程。陶瓷材料的顆粒吸收了激光輻射，造成其溫度的快速升高。然后熱轉(zhuǎn)移到所述有機(jī)粘合劑，所述粘合劑熱解，生成氣體噴射。氣體爆炸將處理位點(diǎn)周圍的材料帶走。[0017]在KamranImen等，PulseC02LaserDrillingofGreenAluminaCeramic(生還氧化招陶瓷的脈沖CO2激光打孔)，IEEETransactionsonAdvancedPackaging(IEEE先進(jìn)封裝學(xué)報(bào))，卷22，第4期，1999年11月中描述了相似的方法。此處在壓力下接受激光輻射。[0018]現(xiàn)有技術(shù)的這個檢測顯示了在由陶瓷顆?；旌衔锍尚蔚纳魈沾刹考募す廨椛涞淖饔孟?，侵蝕造成的加工方法的情況中，總是出現(xiàn)陶瓷材料顆粒的快速加熱。為了蒸發(fā)液體相(同時(shí)試圖保護(hù)陶瓷材料免于過度加熱)，或者為了對所述陶瓷顆粒粘合在一起的有機(jī)粘合劑以氣體噴射的形式進(jìn)行熱解，使用這種加熱是有優(yōu)勢的。[0019]所述陶瓷材料并不特別適合于吸收波長200nm—3μm的激光輻射。在這種波長范圍內(nèi)所述陶瓷材料(特別是氧化物類型)的吸收度通常比較普通(mediocre)。因此在這個范圍內(nèi)發(fā)射的任何激光輻射必需充分強(qiáng)力并持久，從而從所述陶瓷材料吸收的能量向液體相或向粘合劑的熱量轉(zhuǎn)移會產(chǎn)生這些相的爆炸性蒸發(fā)，并且撕裂材料。這造成了在控制不良的方法中有發(fā)生陶瓷顆粒的部分熔融的風(fēng)險(xiǎn)(這應(yīng)該避免)和所述加工方法中的某些延緩。另外，在使用有機(jī)粘合劑聚合物的情況中，后者的缺點(diǎn)是熱影響區(qū)域中不可控的蠕變和熔解。另外，在延伸超出3μπι的波長范圍(遠(yuǎn)紅外)中，陶瓷材料的吸收度以及所述粘合劑的吸收度或所述液體相的吸收度要更高地多，這造成所述兩種材料的合并加熱，以及產(chǎn)生上述缺點(diǎn)。[0020]也已知包含大量的結(jié)合的造孔(porogenic)劑的陶瓷混合物，其中之一可以由碳制成。這些混合物被成形并且焙燒，特別是為了生成處理車廢氣的多孔系統(tǒng)(見US2007/0006561)，并且其沒有經(jīng)過任何由激光處理進(jìn)行的生坯加工。[0021]本發(fā)明的目的是開發(fā)陶瓷顆粒混合物，所述混合物能對簡單形狀的陶瓷部件進(jìn)行生坯加工，使其形成復(fù)雜形狀。這種加工應(yīng)該非常靈活(flexible)并且非?？焖俚剡M(jìn)行，沒有現(xiàn)有技術(shù)中處理的缺點(diǎn)。[0022]根據(jù)本發(fā)明，通過使用例如開始時(shí)所述的陶瓷顆?；旌衔锬芙鉀Q這些問題。在這種混合物中，所述無機(jī)固體材料對在預(yù)定波長發(fā)射預(yù)定能量流的激光輻射有吸收性，并且在這種預(yù)定波長下，所述無機(jī)固體材料的比吸收度(specificabsorptivity)高于所述陶瓷混合物其他組分的比吸收度，并且所述陶瓷混合物包含小于干混合物的5重量％且大于O重量％的分散狀態(tài)的吸收性無機(jī)固體材料顆粒，所述吸收性無機(jī)固體材料顆粒在所述激光輻射存在下能夠迅速降解，并放出氣體。[0023]因此在將這種陶瓷顆?；旌衔锝邮苌鲜黾す廨椛涞那闆r下，所述混合物并非是能直接吸收或優(yōu)先吸收所述能量流的陶瓷材料的可燒結(jié)顆粒，而是能直接吸收或優(yōu)先吸收所述能量流的礦物添加劑顆粒，所述礦物添加劑顆粒下文稱為分散態(tài)吸收性固體材料(法文縮寫MSDA)。由所述激光輻射接觸的這些顆粒能在極短時(shí)間(特別是短于I微秒)內(nèi)以氣體形式降解。特別地，納秒類型的脈沖激光(脈沖持續(xù)低于150ns)非常適合于這個目的，所述納秒類型的脈沖激光在Iμm附近發(fā)射并且有平均功率(通常平均功率5-100W)。因此，避免了陶瓷材料周圍(即使是局部)的任何不合時(shí)宜加熱的風(fēng)險(xiǎn)，并且所述加工時(shí)間會是非常短暫的。[0024]吸收系數(shù)A或吸收度是決定電磁輻射和受其影響的表面之間相關(guān)作用的基本特性。用下式表示:[0025]A=1-R[0026]其中，R是受輻射材料表面的反射率。[0027]這個無單位量取決于入射輻射的波長。其在O(沒有吸收)到1(完全吸收)之間。(見:ReadyJ.F.(編)，LIAhandbookoflasermaterialsprocessing(LIA激光材料加工手冊)，LaserInstituteofAmerica(美國激光研究所),木蘭出版公司(MagnoliaPublishingInc.),2001,以及OliveiraC.等，EtudedeI'absorptiondurayonnementIRenvuedutraitementlaserd’alliagesferreux(對用于鐵合金激光處理的福射IR的吸收性的研究)，J.Phys.1llFrance(法國)，2(1992)，2203-2223)。[0028]通過摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于干混合物5重量％的MSDA，從而確保兩個目標(biāo):如上述的有效加工，以及盡可能地將要加工的部件完全致密化，優(yōu)選是100%的理論密度。[0029]優(yōu)選，如本發(fā)明的陶瓷顆?；旌衔镏校鄬τ谄渌M分，分散態(tài)吸收性無機(jī)固體材料有激光輻射的吸收度差異，所述差異大于0.2，優(yōu)選等于或大于0.4，優(yōu)選等于或大于0.5。優(yōu)選,所述分散態(tài)吸收性固體材料是非粘性(non-binding)的材料。應(yīng)該注意到本發(fā)明所述的陶瓷顆?；旌衔锬馨瑢μ沾刹牧项w粒而言作為另一種添加劑的至少一種粘合劑?？梢钥紤]本領(lǐng)域已知的任何類型的粘合劑，特別是無機(jī)粘合劑，其可以是分布在陶瓷材料的可燒結(jié)顆粒之間的、本身具有粘性的顆粒的形式，或者是這些顆粒的涂層的形式。根據(jù)本發(fā)明摻入到所述混合物的有機(jī)粘合劑的含量優(yōu)選小于干混合物的5重量％，特別小于3重量％。[0030]根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式，所述分散態(tài)吸收性固體材料在沒有熱壓力和/或光學(xué)壓力的條件下是穩(wěn)定的。因此所述陶瓷顆粒混合物能在正常條件下存儲而沒有問題，特別是在環(huán)境溫度和沒有接受激光輻射的條件下。其能是粉末形式，優(yōu)選完全干的粉末，或者是液體懸浮液介質(zhì)中的顆粒懸浮液形式，所述液體懸浮液介質(zhì)是例如水性介質(zhì)(如水)。優(yōu)選MSDA在高于400°C的受控制的熱條件下可以全部降解。因此在對由陶瓷顆?；旌衔锍尚蔚奶沾刹考M(jìn)行生坯加工之后，在燒結(jié)所述部件的步驟之前，可將任何痕量的所述分散態(tài)吸收性無機(jī)固體材料全部除去。[0031]根據(jù)本發(fā)明，所述分散態(tài)吸收性無機(jī)固體材料可以全部或至少部分是碳。優(yōu)選碳可以選自石墨、無煙煤、炭黑、活性炭、碳納米管、石墨烯箔和其混合物。也可以考慮充滿碳分散體的有機(jī)相，例如石墨或炭黑。[0032]就生坯陶瓷部件加工而選擇的MSDA是碳及其衍生物。碳在可用于現(xiàn)代激光源的寬范圍頻率(特別是200nm—3μπι)內(nèi)有高吸收系數(shù)或高吸收度。在脈沖模式中輻射，碳劇烈降解，并放出氣體，其使得生坯材料周圍的結(jié)構(gòu)發(fā)生爆炸，造成陶瓷材料的顆粒出坯。由于其使得所述生坯材料具備極好的均勻性，優(yōu)選微米或亞微米大小((190〈5μπι，優(yōu)選<1μπι)的碳分散體。通常，不考慮分散的MSDA的性質(zhì)，其粒度越小，所述生坯材料可以達(dá)到的均勻性就越小并且越好。有更小粒度的分散體時(shí)，有效生坯加工所需的碳的數(shù)量也更小。[0033]碳的優(yōu)點(diǎn)是在延伸的波長范圍(從UV到遠(yuǎn)IR)內(nèi)能極好地吸收激光能量，并且因此與納秒類型脈沖激光的加工兼容，所述納秒類型脈沖激光例如準(zhǔn)分子、Nd:YAG,NdiYVO4或者纖維激光等。在200nm—3μm的波長范圍內(nèi)，碳的吸收系數(shù)值超過值0.7。[0034]優(yōu)選所述陶瓷材料的可燒結(jié)顆粒全部或至少部分是氧化物類型的陶瓷材料。特別地，可以列舉出的陶瓷材料有氧化鋁、鋯石、二氧化硅、氧化鎂、氧化鋅、氧化鈦、混合的氧化物如PZT、鈦酸鋇、硅酸鹽、羥基磷灰石、磷酸三鈣及其混合物。[0035]優(yōu)選所述陶瓷材料的可燒結(jié)材料的粒度可以是微米或亞微米的級別。[0036]根據(jù)本發(fā)明，摻入到所述陶瓷顆粒混合物的MSDA質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以優(yōu)選是干混合物的I重量％—3重量％之間。[0037]本發(fā)明也涉及基于本發(fā)明的陶瓷顆?；旌衔锏纳鳡顟B(tài)加工的陶瓷坯件和陶瓷部件。其也涉及根據(jù)本發(fā)明將生坯狀態(tài)加工的陶瓷部件進(jìn)行燒結(jié)之后，獲得的經(jīng)燒結(jié)的陶瓷部件。本發(fā)明也涉及根據(jù)本發(fā)明，從陶瓷顆?；旌衔镏兄苽渖鳡顟B(tài)和經(jīng)燒結(jié)狀態(tài)的陶瓷部件的方法。[0038]根據(jù)本發(fā)明加工的陶瓷部件可以特別是某種組件，所述組件用于電子、電機(jī)械器件、生物醫(yī)藥領(lǐng)域(假牙、骨替代品等)、制備擠壓模頭、珠寶、精密機(jī)械、過濾、催化支持物坐寸ο[0039]根據(jù)本發(fā)明，這種方法包含使用陶瓷顆粒混合物，根據(jù)本發(fā)明所述陶瓷顆?；旌衔锇粗亓坑?jì)主要包含陶瓷材料的可燒結(jié)顆粒和至少一種添加劑的顆粒，所述至少一種添加劑中的至少一種是無機(jī)固體材料。[0040]在根據(jù)本發(fā)明的所述方法中，所述無機(jī)固體材料對在預(yù)定波長發(fā)射預(yù)定能量流的激光輻射是有吸收性，并且在這種波長下，所述無機(jī)固體材料的比吸收度(specificabsorptivity)高于所述陶瓷混合物其他組分的比吸收度，并且所述陶瓷混合物包含小于干混合物的5重量％且大于O重量％的分散狀態(tài)的吸收性無機(jī)固體材料顆粒。根據(jù)本發(fā)明所述的方法還包括:[0041]-由所述陶瓷混合物經(jīng)生坯成形獲得干的生坯陶瓷坯件，[0042]-對所述生坯陶瓷坯件進(jìn)行生坯加工，所述生坯加工通過將所述陶瓷材料接受在預(yù)定波長發(fā)射預(yù)定能量流的所述脈沖激光輻射來除去所述陶瓷材料來進(jìn)行，和[0043]-在接受這種激光輻射期間，選擇性地使得分散態(tài)的吸收性固體材料顆粒吸收激光輻射能量，所述分散態(tài)的吸收性固體材料顆粒迅速降解并放出氣體，所述生坯陶瓷坯件的陶瓷材料發(fā)生局部脫位，脫位的陶瓷材料出坯，由此獲得經(jīng)加工的生坯狀態(tài)的陶瓷部件。[0044]為了生成所述陶瓷顆?；旌衔?，其組分，和因而其必要的陶瓷材料顆粒和分散態(tài)吸收性無機(jī)固體材料能通過干法混合，所述方法生成干粉末。也能通過液體方法使其混合，所述液體方法通過將組分置于懸浮液中進(jìn)行。在這個情況中，能考慮使用已知方式在成形前將懸浮液中的混合物干燥從而同樣獲得用于成形的干粉末，所述方式例如在烘箱中、爐子中、通過冷凍干燥或霧化。[0045]優(yōu)選，所述生坯成形通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)(例如擠壓、澆鑄或壓制)來實(shí)現(xiàn)。在擠壓或澆鑄的情況中，以糊料或懸浮液的形式使用陶瓷混合物，并且在這個情況中，在成形后進(jìn)行上述干燥步驟。在所有情況中，獲得用于加工的干生坯陶瓷坯件。在將這種干生坯陶瓷坯件成形之后，所述生坯團(tuán)塊(`mass)能易于通過激光來加工。所述激光輻射是脈沖的，并且可以來自UV、IR或可見光范圍內(nèi)的任何合適的激光源發(fā)射。優(yōu)選激光輻射的波長是200nm—3μm，特別是9`00nm—llOOnm。優(yōu)選提供的脈沖持續(xù)時(shí)間小于150ns。當(dāng)在氧化氣氛存在下進(jìn)行加工時(shí)，接受激光輻射的所述分散態(tài)吸收性固體材料能以氣體形式受到氧化。在特定優(yōu)選的方式中，可以在環(huán)境壓力、在空氣中進(jìn)行加工。[0046]所述方法也可以包括生坯加工之后，將所述生坯加工的陶瓷部件的陶瓷材料顆粒進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)溫度取決于陶瓷材料顆粒的特性。[0047]可以優(yōu)選考慮在燒結(jié)之前，在這種材料的降解溫度，通過對其施加熱力將分散態(tài)吸收性固體材料從經(jīng)生坯加工的陶瓷部件中除去。這種情況下，所述經(jīng)燒結(jié)的陶瓷部件完全避免了MSDA，這與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的經(jīng)燒結(jié)的陶瓷部件相似，但是沒有顯示后者的缺點(diǎn)，例如微裂紋、玻璃材料的沉積等?，F(xiàn)在在以下非限制性的實(shí)施例幫助下更詳細(xì)地描述本發(fā)明。[0048]附圖2和5顯示了根據(jù)本發(fā)明加工的燒結(jié)前的部件，圖1、4和6顯示了根據(jù)本發(fā)明加工的燒結(jié)后的部件，以及圖3顯示了沒有MSDA的生坯加工部件。[0049]實(shí)施例1[0050]通過Nd=YVO4激光生坯加工細(xì)氧化鋁[0051]稱量限定量的氧化鋁(來自派奇尼公司(Pechiney)的P172SB)(100g)，并且置于中性pH的去礦物質(zhì)水的懸浮液中(100g)。把I質(zhì)量％的聚乙二醇PEG加入到所述懸浮液中(如Ig)，從而作為有機(jī)粘合劑。把23.5g的膠體石墨的水性懸浮液(導(dǎo)電敷層(Aquadag)18%-艾奇遜工業(yè)有限公司(AchesonIndustriesLtd))加入到氧化招顆粒的懸浮液中，把所有成分混合30分鐘，然后通過冷凍干燥或旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行干燥。因此，獲得的干混合物包含相對于混合物總重量的4.2重量％的石墨。所述石墨顆粒的粒度d90〈5μm,并且所述氧化招顆粒的粒度是d50=0.4μm。[0052]因此獲得的混合粉末通過單軸壓制(40MPa用于25mm直徑的片狀物(tablet))，然后通過均衡壓坯后(170MPa，2分鐘)成形。[0053]獲得的片狀物形式的生坯坯件然后在環(huán)境壓力下通過激光進(jìn)行加工，所述激光來自Trumark市售標(biāo)記站(Trumpf),所述標(biāo)記站裝配有由Q-Switch提供的20W標(biāo)稱功率的固體Nd=YVO4激光，這使得激光能以脈沖模式工作，所述激光具有移動表格XY和檢流計(jì)頭，使得光束掃描(sweep)要加工的表面。163mm焦距的光學(xué)器件能獲得45μm的點(diǎn)。根據(jù)參數(shù)研究獲得的最優(yōu)激光參數(shù)是標(biāo)稱功率的40%-80%、40-80kHz的工作頻率、100-6000mm/s的掃描速度、1-5μs的脈沖間隔和8-17ns的脈沖持續(xù)時(shí)間。根據(jù)例如格式為.dxf的CAD文件進(jìn)行加工。[0054]所述激光發(fā)射的輻射波長是1.06μm。在這個波長下，氧化鋁的吸收度是約0.1，而碳的吸收度高達(dá)約0.9。[0055]圖1顯示燒結(jié)后獲得的結(jié)果，揭示了加工中能精細(xì)打孔網(wǎng)格的可能性(孔直徑100μm,間隔60μm)，所述網(wǎng)格能以Imm等級的深度進(jìn)行，也揭示了非常深的加工的可能性，所述深度容易超過5mm。加工深度中確定的唯一的局限是孔寬度/深度的縱橫比，其就使用的聚集光學(xué)器件而言接近1/10。記錄的除去材料的速率是每分鐘10-1OOmm3的級另O。加工的生坯部件然后在空氣中按照下面兩個步驟進(jìn)行熱處理:第一個步驟涉及全部除去所述部件中殘留的碳；第二個步驟涉及燒結(jié)氧化鋁。熱處理循環(huán)包括在600°C(上升速率50C/分鐘)下I小時(shí)的階段，然后是在1550°C(上升速率5°C/分鐘)下I小時(shí)的階段，和最后降低到環(huán)境溫度(以5°C/分鐘)，這使得能獲得極好的致密部件，避免了可見的缺陷(孔或裂紋)。在掃描電子顯微鏡下觀察到的經(jīng)加工的表面顯示了沒有裂紋、沒有孔隙、也沒有任何再沉積的熔融材料層。[0056]在用這種氧化鋁對有或沒有MSDA的生坯坯件進(jìn)行類似的比較測試。根據(jù)本發(fā)明加工的生坯坯件示于圖2。其空腔邊緣干凈，并且所述空腔的底部極為清潔。所述坯件的淺灰色是由存在作為MSDA的石墨造成。在將所述石墨燒結(jié)和降解之后，所述部件的顏色會與圖1坯件獲得的顏色一致。沒有MSDA的生坯坯件揭示了實(shí)現(xiàn)生坯加工(見圖3)的可能性。然而，然后需要的峰值功率要高于對有MSDA的生坯加工提供的峰值功率(通?！禈?biāo)稱功率的60-80%)。另外，除去材料的速率比存在MSDA下獲得的速率低得多(最小降低到1/3)。同樣，能加工的深度明顯下降，并且無法超過2_:在光束提供的能量的作用下，氧化鋁顆粒很快開始燒結(jié)，或甚至熔融，這中止了生坯加工過程。有光束輻射的區(qū)域中的氧化鋁顆粒發(fā)生淺表蒸發(fā)，造成壓力使得所述結(jié)構(gòu)局部爆炸，這解釋了沒有MSDA情況下的生坯加工情況。[0057]實(shí)施例2[0058]通過Nd=YVO4激光生坯加工細(xì)鋯石[0059]與前一實(shí)施例使用的氧化鋁P172不同，對壓制的鋯石片狀物進(jìn)行生坯加工的測試(東曹公司(Tosoh)Y-TZP)揭示了沒有MSDA而進(jìn)行加工的可能性。[0060]通過摻入石墨類型的MSDA來加工鋯石。[0061]實(shí)現(xiàn)生坯加工的配方與氧化鋁類似:100g鋯石(d50=200nm)分散在100g去礦物質(zhì)水中，所述水預(yù)先溶解了Ig的PEG2000。然后14g導(dǎo)電敷層(d90〈5μm)加入到懸浮液中，再將全部混合物在研磨介質(zhì)存在下均化30分鐘。所述懸浮液然后通過冷凍干燥或者旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀干燥，產(chǎn)生相對于干混合物2.4重量％的碳。所得的粉末在40MPa單軸壓力下，以25mm直徑的片狀物形式壓制，然后所述片狀物在175MPa下均衡壓坯。[0062]所得的生坯片狀物然后通過激光加工，所述激光來自前面實(shí)施例中相同的標(biāo)記站。根據(jù)參數(shù)研究獲得的最優(yōu)激光參數(shù)與氧化鋁相似，其為標(biāo)稱功率的40%-80%,40-80kHz的工作頻率、100—6000mm/s的掃描速度、I—5μs的脈沖間隔和8—17ns的脈沖持續(xù)時(shí)間。根據(jù)例如格式為.dxf的CAD文件進(jìn)行加工。[0063]在波長1.06μm的激光輻射下，鋯石的吸收度是0.2，同時(shí)石墨的吸收度是0.9的級別。[0064]再次，能記錄下非常高的除去材料的速率(>50mm3/分鐘)，深度為數(shù)個mm。[0065]同樣，在這個情況中，注意到除了加工區(qū)域的縱橫比之外，沒有明顯的關(guān)于深度的局限。施行了數(shù)種加工模式，涉及到生成精細(xì)和/或粗糙的細(xì)節(jié)。證明了所述加工精度是焦距處激光束大小的級別。[0066]在空氣中消除殘留的碳和經(jīng)加工部件的自然燒結(jié)之后，沒有注意到明顯的缺陷。。[0067]在掃描電子顯微鏡下觀察到的經(jīng)加工的表面顯示了沒有裂紋、沒有孔隙、也沒有任何再沉積的熔融材料層。[0068]某些未處理的片狀物在空氣中存儲數(shù)天，然后加工。注意到加工中其表現(xiàn)與初始片狀物相同一這證明了所述片狀物沒有老化。另一方面，就長時(shí)間存儲壓制部件而言，所述部件可以置于有干燥劑的氣密空間中，從而避免其受到環(huán)境空氣的濕潤。[0069]實(shí)施例3[0070]通過3D激光生坯加工細(xì)氧化鋁[0071]根據(jù)實(shí)施例1中所示方法，制備來自派奇尼公司(Pechiney)的細(xì)氧化鋁P172SB的混合粉末，所述粉末包含10體積％(或約4重量％)的碳(導(dǎo)電敷層)。25mm直徑的片狀物通過加載40MPa的單軸壓力來壓制。這些片狀物然后用納秒類型的脈沖Nd=YAG激光進(jìn)行處理，所述激光設(shè)置有檢流計(jì)頭和5個電動軸(3個笛卡爾(cartesian)軸和2個可旋轉(zhuǎn)軸)。將輻射微渦輪的CAD方案(plan)進(jìn)行修改，并且所述對象通過使用實(shí)施例1詳述的參數(shù)進(jìn)行微加工來再生產(chǎn)。各渦輪葉片相繼由所述片狀物的連續(xù)旋轉(zhuǎn)來生成。在這個示例中，微渦輪的加工時(shí)間是20分鐘的級別。根據(jù)實(shí)施例1的方法來實(shí)現(xiàn)消除石墨和燒結(jié)對象。[0072]所得結(jié)果示于圖4，圖4顯示了消除MSDA和燒結(jié)之后，經(jīng)加工的微渦輪。所得對象沒有明顯的缺陷(裂紋、孔隙等)，并且燒結(jié)之后的部件是完全致密的。[0073]實(shí)施例4[0074]3D生坯激光加工鋯石[0075]根據(jù)實(shí)施例2的方法獲得的壓制片狀物逐層地進(jìn)行加工，各層對應(yīng)特定的加工方案。圖5顯示的金字塔形狀的加工花費(fèi)了20分鐘。在字母Z和E下面方尖碑形狀(obelisk)頂部的截面是50μm級別，勉強(qiáng)多于焦距處光束的大小。[0076]圖6顯示了消除MSDA和燒結(jié)之后，經(jīng)加工的片狀物?？梢钥吹?，燒結(jié)之后，注意到所述部件沒有幾何結(jié)構(gòu)扭曲。所述經(jīng)加工的金字塔以及方尖碑形狀(obelisk)保持完整，并且沒有明顯的缺陷。[0077]應(yīng)該理解本發(fā)明不以任何方式限制上述實(shí)施方式，并且在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)可以進(jìn)行修改。【權(quán)利要求】1.一種陶瓷顆?；旌衔铮鎏沾深w?；旌衔锇粗亓坑?jì)主要包含陶瓷材料的可燒結(jié)顆粒和至少一種添加劑的顆粒，所述至少一種添加劑中的至少一種是無機(jī)固體材料，其特征在于，對在預(yù)定波長發(fā)射預(yù)定能量流的激光輻射有吸收性，并且在這種預(yù)定波長下其比吸收度高于所述陶瓷混合物其他組分的比吸收度，并且所述陶瓷混合物包含小于干混合物的5重量％且大于O重量％的處于分散狀態(tài)下的所述吸收性無機(jī)固體材料顆粒，所述吸收性無機(jī)固體材料顆粒在所述激光輻射的存在下能夠迅速降解，并放出氣體。2.如權(quán)利要求1所述的陶瓷顆?；旌衔铮涮卣髟谟?，相對于其他組分，所述分散態(tài)吸收性無機(jī)固體材料有激光輻射的吸收度差異，所述差異大于0.2，優(yōu)選等于或大于0.4，優(yōu)選等于或大于0.5。3.如權(quán)利要求1或2所述的陶瓷混合物，其特征在于，所述分散態(tài)吸收性無機(jī)固體材料是非粘性的材料。4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的陶瓷混合物，其特征在于，所述分散態(tài)吸收性無機(jī)固體材料在沒有熱壓力和/或光學(xué)壓力的條件下是穩(wěn)定的。5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的陶瓷混合物，其特征在于，所述分散態(tài)吸收性無機(jī)固體材料在高于400°C的受控制的熱條件下可全部降解的。6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的陶瓷混合物，其特征在于，所述陶瓷混合物包含的其他添加劑是至少一種陶瓷材料顆粒的粘合劑，其比例是小于干混合物的5重量％且大于O重量％。7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的陶瓷混合物，其特征在于，所述分散態(tài)吸收性無機(jī)固體材料至少部分是碳。8.如權(quán)利要求7所述的陶瓷混合物，其特征在于，所使用的碳優(yōu)先選自石墨、無煙煤、炭黑、活性炭、碳納米管、石墨烯箔及其混合物。9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的陶瓷混合物，其特征在于，所述陶瓷材料的可燒結(jié)顆粒至少部分是氧化物類型的陶瓷材料。10.如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的陶瓷混合物，其特征在于，所述陶瓷材料選自氧化鋁、鋯石、二氧化硅、氧化鎂、氧化鋅、氧化鈦、混合的氧化物、鈦酸鋇、硅酸鹽、羥基磷灰石、磷酸三鈣及其混合物。11.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的陶瓷混合物，其特征在于，所述陶瓷混合物是粉末形式。12.如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的陶瓷混合物，其特征在于，所述陶瓷混合物是所述顆粒在液體懸浮液介質(zhì)中的懸浮液形式。13.如權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的陶瓷混合物，其特征在于，所述分散態(tài)吸收性無機(jī)固體材料顆粒的d90粒度小于5μm。14.如權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的陶瓷混合物，其特征在于，所述陶瓷材料顆粒的粒度是微米或亞微米。15.經(jīng)成形的生坯狀態(tài)的陶瓷坯件，所述陶瓷坯件是基于如權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的陶瓷混合物。16.經(jīng)加工的生坯狀態(tài)的陶瓷坯件，所述陶瓷坯件是基于如權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)所述的陶瓷混合物。17.經(jīng)加工的陶瓷部件，所述陶瓷部件是如權(quán)利要求16所述的陶瓷部件的經(jīng)燒結(jié)的狀態(tài)。18.—種制造陶瓷部件的方法，所述方法包括以下步驟:-使用陶瓷顆粒混合物，所述陶瓷顆?；旌衔锇粗亓坑?jì)主要包含陶瓷材料的可燒結(jié)顆粒和至少一種添加劑的顆粒，所述至少一種添加劑中的至少一種是無機(jī)固體材料，其特征在于，所述無機(jī)固體材料對在預(yù)定波長發(fā)射預(yù)定能量流的激光輻射有吸收性，并且在所述波長下，所述無機(jī)固體材料的比吸收度高于所述陶瓷混合物其他組分的比吸收度，以及所述陶瓷混合物包含小于干混合物的5重量％且大于O重量％的處于分散狀態(tài)下的所述吸收性無機(jī)固體材料顆粒，并且所述方法還包括-由所述陶瓷混合物經(jīng)生坯成形獲得干的生坯陶瓷坯件，-對所述生坯陶瓷坯件進(jìn)行生坯加工，所述生坯加工通過將所述陶瓷材料接受脈沖激光輻射來除去所述陶瓷材料來進(jìn)行，所述脈沖激光輻射在預(yù)定波長發(fā)射預(yù)定能量流，和-在接受所述激光輻射期間，選擇性地使得分散態(tài)的吸收性固體材料顆粒吸收激光輻射能量，所述分散態(tài)的吸收性固體材料顆粒迅速降解并放出氣體，陶瓷材料從生坯陶瓷坯件發(fā)生局部脫位，脫位的陶瓷材料出胚，由此獲得經(jīng)加工的生坯狀態(tài)的陶瓷部件。19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述組分的顆粒通過干法混合，形成粉末。20.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法包括將所述組分的顆粒置于液體懸浮液介質(zhì)中，形成懸浮液。21.如權(quán)利要求18-20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述生坯成形是通過對使用的陶瓷混合物擠壓、澆鑄或壓制來實(shí)現(xiàn)。22.如權(quán)利要求18-21中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光輻射的波長是200nm—3μm。23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光輻射的波長是900nm—IlOOnm024.如權(quán)利要求18-23中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述脈沖激光輻射的脈沖持續(xù)時(shí)間小于150ns。25.如權(quán)利要求18-24中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在生坯加工之后，對經(jīng)生坯加工的陶瓷部件的陶瓷材料顆粒進(jìn)行燒結(jié)。26.如權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法包括燒結(jié)之前，在分散態(tài)吸收性固體材料的降解溫度，通過對其施加熱力將分散態(tài)吸收性固體材料從經(jīng)生坯加工的陶瓷部件中除去。27.如權(quán)利要求18-26中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述生坯加工在環(huán)境壓力、在空氣下進(jìn)行。【文檔編號】C04B35/622GK103619778SQ201280030007【公開日】2014年3月5日申請日期:2012年5月31日優(yōu)先權(quán)日:2011年6月1日【發(fā)明者】F·佩迪特,V·拉多特,C·奧特,E·朱斯特,F·坎比爾申請人:比利時(shí)陶瓷工業(yè)研究中心