基于增材的网格微结构陶瓷-金属复合制品的制备方法技术

本发明专利技术公开了基于增材的网格微结构陶瓷

【技术实现步骤摘要】
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approaches”，Journal of the European Ceramic Society，Vol. 39，No. 6，第2140
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2148页。
[0008]Shan Li等人：“The fabrication of SiBCN ceramic components from preceramic polymers by digital light processing (DLP) 3D printing technology”，Journal of the European Ceramic Society，Vol. 38，No. 14，第4597
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4603页。
[0009]上述方法制备获得陶瓷网格骨架之后，通常是使金属相以液相形式浸渗至陶瓷网格的孔隙中，生长结晶至陶瓷网格骨架上，从而形成致密的陶瓷
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金属复合制品。在这些网格
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浸渗的实施方法中，高熔点的金属需被高温液化并在高温下压渗，这会导致大量的费用，出于商业的原因，对于额外的高温设备所带来的高额技术研发费用及设备的高额成本是不允许的。
[0010]如上所述，对于制备网格陶瓷预制件后浸渗高熔点金属涉及一些障碍。因此，基于上述问题，一个改善的思路是制备高熔点金属网格预制件后浸渗陶瓷。前述的增材制造成形技术是一种通过能量束实现近净固化的方法，所以，通过增材制造提供高能量来固化高熔点金属网格是一种有利的思路。
专利技术内容
[0011]本专利技术的目的是为了解决
技术介绍
中提及的问题，为陶瓷
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金属复合制品提供一种充分利用增材制造技术的高成形自由度来直接制备金属网格，尤其是高熔点的金属网格的成形方法，该方法能显著缩短陶瓷
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金属制品的生产周期，降低生产成本。
[0012]为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：基于增材的网格微结构陶瓷
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金属复合制品的制备方法，包括以下步骤：(a)提供含金属组分的原材料；(b)使金属原料固化形成网格微结构多孔形式的金属网格预制件；(c)提供含陶瓷组分的原材料；(e)使所述金属网格预制件与陶瓷材料致密化结合。
[0013]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：步骤(b)和步骤(c)之间或步骤(c)和步骤(e)之间还包括：(d)使所述的金属网格预制件薄层化为金属网格薄片预制件。
[0014]金属网格预制件薄层化的实施方法为电火花切割或水射流切割或激光切割；薄层化的金属网格薄片预制件的厚度不超过1.5mm。
[0015]步骤(b)中，金属原料固化过程为：由增材制造成形方法通过控制高能量束的成形轨迹以使得金属相结晶固化或由增材制造成形方法中的金属激光粉末床熔融成形以使得金属相结晶固化；其中，金属激光粉末床熔融成形以三维数字构建金属网格模型，模型为砖型或蜂窝型；金属网格模型孔隙体积由所提供的金属原料和陶瓷原料之间的润湿性决定。
[0016]所述的金属网格模型的骨架壁厚不小于1.5mm。
[0017]步骤(e)中，陶瓷材料与金属网格预制件致密化结合的方式为渗透或烧结。
[0018]将金属网格薄片预制件与陶瓷材料交替放置于容器中，对容器加热使陶瓷材料填充至金属网格薄片中实现烧结致密化。
[0019]所述的金属网格薄片预制件与陶瓷材料交替放置于容器中的方式为：单层金属网格薄片预制件
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陶瓷材料
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单层金属网格薄片预制件的夹心方式或双层金属网格薄片预制件
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陶瓷材料
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双层金属网格薄片预制件的夹心方式。
[0020]所述的容器为石墨材料制作。
[0021]对金属网格薄片预制件与陶瓷材料烧结的温度不高于金属网格薄片预制件的熔点，烧结气氛环境为通入不与烧结体相反应的惰性气体。
[0022]金属激光粉末床熔融成形使用的金属原料为金属粉末，所述金属粉末选自以下的化合物：Ti合金、Ni基高温合金。
[0023]所述的金属粉末熔点高于1400℃。
[0024]步骤(c)的含陶瓷组分的原材料选自Al2O3、ZrO2、Y2O3、La2O3、Gd2O3、Er2O3、Eu2O3、CaO、MgO、CuO、CeO2、TiO2、SiO2、SiC、TiC、Ti2AlC3、Ti2SiC3中的一种或多种，含陶瓷组分的原材料为陶瓷粉末，其粉末粒径为30
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1500nm。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术将具有延展性的金属相与具有高温耐热性的陶瓷相进行复合制备，所制得的零件具有高韧性、高硬度的兼容性优异性能，增强了陶瓷材料的工程实用性。
[0026](2)本专利技术利用自由成形的增材制造技术来一步成形制备金属基复杂网格结构，并通过高温高压将陶瓷粉末压进金属网格结构，缩短了生产周期，并且降低了制造成本。
[0027](3)本专利技术基于增材制造技术与热压烧结技术成功制备了陶瓷/金属复合制品，为制造金属增韧陶瓷制品的成形方法提供了一种新思路。
附图说明
[0028]图1是实施例1中陶瓷
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金属复合制品的制备流程图，其中，(a)为TC4金属粉末；(b)为TC4金属网格预制件；(c)为Al2O3陶瓷粉末；(d)为金属网格微结构复合陶瓷样件；图2是实施例2中不同类型金属网格预制件横截面示意图；图3是实施例3中不同尺寸金属网格预制件横截面示意图；图4是本专利技术的流程示意图。
具体实施方式
[0029]以下结合附图对本专利技术的实施例作进一步详细描述。
[0030]本专利技术提出的基于增材制造技术制备陶瓷
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金属复合制品的成形工艺方法解决方案主要包括如下步骤：(a)提供含金属组分的原材料；(b)使所述金属原料固化形成网格微结构多孔形式的金属网格预制件；(c)提供含陶瓷组分的原材料；(e)使所述金属网格预制件与陶瓷材料致密化结合。
[0031]其中，步骤(e)中使金属网格预制件与陶瓷材料致密化结合通常是借助一定的方法使陶瓷材料填充至金属网格预制件的孔隙中，优选的，所述方法通常为渗透，通过外力辅助使陶瓷材料渗进金属中实现填充致密。
[0032]步骤(e)使金属网格预制件与陶瓷材料致密化结合的方法尤其优选为陶瓷材料在
较高的外压力下被压至金属网格中实现填充致密，对降低实施本专利技术方法的成本是有利的。但是，直接将粉末压进步骤(b)中较大体积的金属网格预制件会涉及一些障碍。金属网格的三维连续分布的结构使得内部的孔隙与外界之间具有一个较长的通道，其中，陶瓷材料要被压进内部的孔隙，会存在一个较大的毛细管力，致使内部的孔隙填充的陶瓷材料不充分，使得通过本方法制备的陶瓷
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金属复合制品具有的机械性能较差，尤其是机械强度、疲劳性能等性质较差。
[0033]因此，更优选本专利技术的方法，其在步骤(c)和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于增材的网格微结构陶瓷
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金属复合制品的制备方法，其特征是：包括以下步骤：(a)提供含金属组分的原材料；(b)使金属原料固化形成网格微结构多孔形式的金属网格预制件；(c)提供含陶瓷组分的原材料；(e)使所述金属网格预制件与陶瓷材料致密化结合。2.根据权利要求1所述的基于增材的网格微结构陶瓷
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金属复合制品的制备方法，其特征是：步骤(b)和步骤(c)之间或步骤(c)和步骤(e)之间还包括：(d)使所述的金属网格预制件薄层化为金属网格薄片预制件。3.根据权利要求2所述的基于增材的网格微结构陶瓷
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金属复合制品的制备方法，其特征是：金属网格预制件薄层化的实施方法为电火花切割或水射流切割或激光切割；薄层化的金属网格薄片预制件的厚度不超过1.5mm。4.根据权利要求2所述的基于增材的网格微结构陶瓷
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金属复合制品的制备方法，其特征是：步骤(b)中，金属原料固化过程为：由增材制造成形方法通过控制高能量束的成形轨迹以使得金属相结晶固化或由增材制造成形方法中的金属激光粉末床熔融成形以使得金属相结晶固化；其中，金属激光粉末床熔融成形以三维数字构建金属网格模型，模型为砖型或蜂窝型；金属网格模型孔隙体积由所提供的金属原料和陶瓷原料之间的润湿性决定。5.根据权利要求4所述的基于增材的网格微结构陶瓷
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金属复合制品的制备方法，其特征是：所述的金属网格模型的骨架壁厚不小于1.5mm。6.根据权利要求1或2所述的基于增材的网格微结构陶瓷
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金属复合制品的制备方法，其特征是：步骤(e)中，陶瓷材料与金属网格预制件致密化结合的方式为渗透或烧结。7.根据权利要求2所述的基于增材的网格微结构陶瓷
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金属复合制品的制备方法，其特征是：将金属网格薄片预制件与陶瓷材料交替放置于容器中，对容器加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖文和，陈丹，刘婷婷，张凯，张长东，熊志伟，邹志勇，余开鑫，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：