【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造，尤其涉及一种连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法及涡轮叶片。
技术介绍
1、连续纤维增强陶瓷基复合材料因具有质轻、耐高温、高温强度好、抗蠕变性能佳等特点，在航空航天、先进武器、汽车等领域中得到广泛关注和快速发展。
2、目前，连续纤维增强陶瓷基复合材料的主要制备工艺包括前驱体浸渍裂解工艺(pip)、树脂浸渍裂解结合熔硅浸渗工艺(mi)以及化学气相渗透工艺(cvi)。但上述三种技术路线比较复杂，制造周期长且成本高，需要模具，一旦需要设计变更，就需要进行复杂的模具重制；而且由于制备过程中反复热处理，纤维稳定性和一致性一直是困扰其发展的关键。
3、近年来，随着涡喷发动机技术的不断发展，对涡轮叶片的高温性能提出了更高的要求，连续纤维增强陶瓷基复合材料成为新一代发动机涡轮叶片的首选材料，也是未来发动机的核心技术之一。随着增材制造技术(即3d打印技术)的快速发展，使用增材制造技术制备连续纤维增强复合材料的方法开始得到关注，但目前的连续纤维增强复合材料的增材制造方法主要是“预浸纤维挤出+热塑性树脂的熔融沉积成型”，这种方法只对树脂基复合材料有效，连续纤维增强陶瓷基复合材料的3d打印还在探索之中，尚无良好的成熟方法。因此，寻找一种连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法对于解决连续纤维增强陶瓷基复合材料成型中的关键问题(例如：复杂结构的快速制造，连续纤维的完整性、稳定性、一致性，以及纤维与基体的充分浸润)具有重要意义。
技术实现思路
1、鉴于上述的
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、第一方面，本专利技术提供一种连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，复合材料为层合复合材料，包括陶瓷基体和由连续纤维编织而成且在x-y平面内分布的二维纤维织物；
4、所述增材制造方法包括以下步骤：
5、步骤s1、建立层合复合材料产品的三维模型，进行切片处理，每一层二维纤维织物都包含在相应切片内；
6、步骤s2、分层预制二维纤维织物：采用预浸法将二维纤维织物与热固性树脂的液体充分浸润并进行定型，预成型为能够维形的二维纤维预制体；将二维纤维预制体加工为所需要形状的二维纤维预制件，并按切片打印顺序叠放备用；
7、步骤s3、通过选区光固化+烧结成型法进行层合复合材料产品的增材制造：在打印包含二维纤维织物的某一层切片时，先准确铺放相应次序的二维纤维预制件，定位，再铺放或者喷涂陶瓷基体。
8、进一步地，步骤s2还包括通过织造的方式制备二维纤维织物。
9、进一步地，步骤s2中，热固性树脂包括高温固化树脂或者光敏树脂。
10、进一步地，步骤s2中，预浸法包括喷涂滚压预浸法，胶槽滚压预浸法。
11、进一步地，步骤s2中，喷涂滚压预浸法的主要步骤包括：在二维纤维织物表面喷涂热固性树脂液体，通过滚压法使二维纤维织物与树脂液体充分浸润结合并压实，经低温预固化或者光预固化进行定型，得到二维纤维预制体。
12、进一步地，步骤s2中，胶槽滚压预浸法的主要步骤包括：将二维纤维织物浸入盛装热固性树脂液体的胶槽中，通过滚压法使二维纤维织物与树脂液体充分浸润结合并压实，经低温预固化或者光预固化进行定型，得到二维纤维预制体。
13、进一步地，滚压法的主要步骤包括：由旋转的成对压辊对充分浸润热固性树脂液体的二维纤维织物施以挤压，同时，对压辊进行加热实现低温预固化，或者对经过压辊的二维纤维织物照射紫外光或者激光实现光预固化。
14、进一步地，步骤s3包括下述步骤：
15、步骤s31：准备陶瓷浆料；
16、步骤s32：选区光固化成型；
17、步骤s33、脱脂烧结成型，得到陶瓷基层合复合材料产品。
18、第二方面，本专利技术提供一种根据上述连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法制备得到的连续纤维增强陶瓷基复合材料和/或制品。
19、进一步地，所述制品为涡轮叶片，涡轮叶片包括叶片和安装基座；
20、叶片包括叶根、叶尖、以及在叶根和叶尖之间轴向延伸的叶身，叶片沿与轴向垂直的剖面为月牙形空心结构；
21、安装基座为六面体空心结构，且上端面和下端面包括榫齿；
22、涡轮叶片内分布沿x-y平面分布的二维纤维织物。
23、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
24、1、本专利技术给出了一种连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，采用“分层预制二维纤维织物”结合“陶瓷材料增材制造工艺”的方法，实现了连续纤维增强陶瓷基层合复合材料结构的增材制造，使得连续纤维增强陶瓷基复合材料结构的设计自由度得到了很好的拓展，能够充分利用增材制造的优势，无需模具即可快速设计和生产出高复杂度、多样化的产品。
25、2、本专利技术提供的连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，采用“分层预制二维纤维织物”结合“陶瓷材料增材制造工艺”的方法，使得连续纤维增强陶瓷基层合复合材料实现快速增材制造成为可能，相比于现有技术中的前驱体浸渍裂解工艺(pip)、树脂浸渍裂解结合熔硅浸渗工艺(mi)以及化学气相渗透工艺(cvi)，可以省掉模具加工环节，缩短生产周期和降低成本；同时，本专利技术的制造方法无需高温裂解、高温气相化学沉积等步骤，可以采用简便、高效的工艺步骤，得到工艺质量和性能非常好的产品；其中，由于“分层预制二维纤维织物”中树脂基体和纤维已经充分浸润结合并定型，且整个过程中无需长时间高温处理，最终产品中的二维纤维织物的稳定性、完整性和一致性更好，能够满足高性能陶瓷基复合材料的力学性能和功能性要求。
26、3、本专利技术实施例给出了一种采用所述连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法制备得到的涡轮叶片(sic/sic复合材料)，所述涡轮叶片包括叶片和安装基座，其采用“分层预制二维纤维织物”结合“增材制造工艺(选区光固化+烧结成型)”一体成型，可以省掉叶片制造的模具加工环节，最大限度地发挥结构设计的灵活性，使得“空心结构+连续纤维增强”涡轮叶片的快速设计和增材制造成为可能，从轻量化角度实现结构的最优化设计；所得涡轮叶片的碳化硅陶瓷致密度可以超过95％，弯曲强度可以达到600mpa以上，可以耐受1700℃以上的环境温度，完全可以满足高性能发动机的使用要求。
27、本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
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1.一种连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，其特征在于，所述复合材料为层合复合材料，包括陶瓷基体和由连续纤维编织而成且在X-Y平面内分布的二维纤维织物；
2.根据权利要求1所述的连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，其特征在于，步骤S2还包括通过织造的方式制备二维纤维织物。
3.根据权利要求1所述的连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，其特征在于，步骤S2中，所述热固性树脂包括高温固化树脂或者光敏树脂。
4.根据权利要求1所述的连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，其特征在于，步骤S2中，所述预浸法包括喷涂滚压预浸法，胶槽滚压预浸法。
5.根据权利要求4所述的连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，其特征在于，步骤S2中，所述喷涂滚压预浸法的主要步骤包括：在二维纤维织物表面喷涂热固性树脂液体，通过滚压法使二维纤维织物与树脂液体充分浸润结合并压实，经低温预固化或者光预固化进行定型，得到二维纤维预制体。
6.根据权利要求4所述的连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，其特征在于，步骤S2中，所述胶槽滚压
7.根据权利要求5或6所述的连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，其特征在于，所述滚压法的主要步骤包括：由旋转的成对压辊对充分浸润热固性树脂液体的二维纤维织物施以挤压，同时，对压辊进行加热实现低温预固化，或者对经过压辊的二维纤维织物照射紫外光或者激光实现光预固化。
8.根据权利要求1所述的连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，其特征在于，步骤S3包括下述步骤：
9.根据权利要求1-8任一所述连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法制备得到的连续纤维增强陶瓷基复合材料和/或制品。
10.根据权利要求9所述的制品，其特征在于，所述制品为涡轮叶片，所述涡轮叶片(200)包括叶片(2)和安装基座(3)；
...【技术特征摘要】
1.一种连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，其特征在于，所述复合材料为层合复合材料，包括陶瓷基体和由连续纤维编织而成且在x-y平面内分布的二维纤维织物；
2.根据权利要求1所述的连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，其特征在于，步骤s2还包括通过织造的方式制备二维纤维织物。
3.根据权利要求1所述的连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，其特征在于，步骤s2中，所述热固性树脂包括高温固化树脂或者光敏树脂。
4.根据权利要求1所述的连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，其特征在于，步骤s2中，所述预浸法包括喷涂滚压预浸法，胶槽滚压预浸法。
5.根据权利要求4所述的连续纤维增强陶瓷基复合材料的增材制造方法，其特征在于，步骤s2中，所述喷涂滚压预浸法的主要步骤包括：在二维纤维织物表面喷涂热固性树脂液体，通过滚压法使二维纤维织物与树脂液体充分浸润结合并压实，经低温预固化或者光预固化进行定型，得到二维纤维预制体。
6.根据权利要求4所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玮，翟小菲，孟凡颢，李志勇，熊亮同，焦世坤，钱远宏，杨奇龙，韩冬雪，陈荣，
申请(专利权)人：航天增材科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：
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