3D成型SiCp/Al复杂结构的制备方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910185391.1 (22)申请日 2019.03.12 (71)申请人 哈尔滨理工大学 地址 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学 府路52号 (72)发明人 成夙靳来振许腾腾曾涛 (74)专利代理机构 哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 代理人 岳泉清 (51)Int.Cl. B22F 3/105(2006.01) B33Y 10/00(2015.01) (54)发明名称 一种3D成型SiCp/Al复杂结构的制备方法 (57)摘要 一种3D成型SiCp/A。

2、l复杂结构的制备方法， 它涉及一种SiCp/Al复杂结构(点阵结构)的制备 方法， 具体涉及采用3D成型技术制备SiCp/Al点 阵结构的方法。 本发明的目的是要解决传统加工 方法无法制造SiCp/Al复杂结构的问题。 制备方 法： 一、 制备混合粉料； 二、 参数设定； 三、 制备预 制件； 四、 热固化； 五、 渗胶； 六、 脱脂； 七、 烧结得 到SiCp/Al复杂结构。 有益效果： 利用SLS成型机， 选择激光烧结技术， 进行3D成型， 无需模具， 实现 复杂结构SiCp/Al预制件的数字化成型， 避免了 对SiCp/Al复合材料二次加工成型， 解决了SiCp/ Al复杂结构难成型的问。

3、题。 本发明主要用于制备 SiCp/Al复杂结构。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 109848415 A 2019.06.07 CN 109848415 A 1.一种3D成型SiCp/Al复杂结构的制备方法， 其特征在于它按以下步骤完成： 一、 制备混合粉料： 将SiC粉末和铝粉末混合， 再加入粘结剂， 在V型混合机内混合24h 48h， 得到混合粉料； 所述SiC粉末与铝粉末的质量比为(5070):(3050)； 所述混合粉料 中粘结剂的质量分数为515； 二、 参数设定： 将STL格式文件导入SLS成型机， 设定扫描速度为1000mm/s2000mm/s， 每层厚度为0.05。

4、mm0.2mm， 预热温度为4070， 然后利用计算机分层切片软件将模型处 理成设定厚度的薄片； 三、 制备预制件： 将混合粉料加入到SLS成型机的工作缸中， 利用滚轴将粉末铺平， 静置 25min35min， 然后按照步骤二设定的预热温度为4070将工作缸加热至预热温度， 再 按照步骤二设定的扫描速度为1000mm/s2000mm/s和每层厚度为0.05mm0.2mm开始加 工， 激光烧结， 通过送粉缸送粉、 铺粉， 然后逐层烧结， 然后在温度为4070下干燥50min 70min后取出， 得到SiCp/Al预制件； 四、 热固化： 在温度为200300对SiCp/Al预制件进行热固化2h3。

5、h， 得到热固化后 SiCp/Al预制件； 五、 渗胶： 在热固化后SiCp/Al预制件表面浸渗硅溶胶， 得到渗胶SiCp/Al预制件； 六、 脱脂： 将渗胶SiCp/Al预制件置于真空烧结炉中， 在温度为500700下进行脱脂， 脱脂时间为1h2h， 得到脱脂SiCp/Al预制件； 七、 烧结： 将脱脂SiCp/Al预制件在真空烧结中温度为7001200下烧结， 烧结时间 为1h3h， 随炉冷却至室温， 得到SiCp/Al复杂结构。 2.根据权利要求1所述的一种3D成型SiCp/Al复杂结构的制备方法， 其特征在于步骤一 中所述的SiC粉末的粒径为280目， 铝粉末的粒径为280目。 3.根。

6、据权利要求1或2所述的一种3D成型SiCp/Al复杂结构的制备方法， 其特征在于步 骤一中所述粘结剂为环氧树脂。 4.根据权利要求1所述的一种3D成型SiCp/Al复杂结构的制备方法， 其特征在于步骤一 中所述SiC粉末与铝粉末的质量比为1:1， 所述混合粉料中粘结剂的质量分数为5。 5.根据权利要求1所述的一种3D成型SiCp/Al复杂结构的制备方法， 其特征在于步骤二 中设定预热温度为57。 6.根据权利要求1所述的一种3D成型SiCp/Al复杂结构的制备方法， 其特征在于步骤五 中所述硅溶胶为碱性硅溶胶， 且常温下碱性硅溶胶的粘度小于10MPas。 7.根据权利要求1或6所述的一种3D成。

7、型SiCp/Al复杂结构的制备方法， 其特征在于步 骤五中所述浸渗硅溶胶具体过程如下： 用毛刷反复蘸取硅溶胶刷在热固化后SiCp/Al预制 件表面表面， 直至硅溶胶不再渗入为止。 8.根据权利要求1所述的一种3D成型SiCp/Al复杂结构的制备方法， 其特征在于步骤六 中在温度为550下进行脱脂， 脱脂时间为1h。 9.根据权利要求1所述的一种3D成型SiCp/Al复杂结构的制备方法， 其特征在于步骤七 中将脱脂SiCp/Al预制件在真空烧结中温度为1000下烧结， 烧结时间为3h， 随炉冷却至室 温， 得到SiCp/Al复杂结构。 权利要求书 1/1 页 2 CN 109848415 A 2。

8、 一种3D成型SiCp/Al复杂结构的制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种SiCp/Al复杂结构(点阵结构)的制备方法， 具体涉及采用3D成型 技术制备SiCp/Al点阵结构的方法。 背景技术 0002 碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有高强度、 高刚度、 导电性好， 以及优异的耐磨 损、 耐高温等性能， 已经在航空航天领域作为承载结构件、 光学及精密仪器构件、 电子封装 及热控元件得到实际应用。 但由于SiCp/Al材料优异的耐磨性， 对SiCp/Al材料进行加工成 型较困难， 并且对具有复杂内腔结构的零件， 传统加工方法无法制造。 通过选择性激光烧结 (SLS)成型碳化硅和铝粉的预制件。

9、， 然后对预制件进行脱脂、 烧结， 获得SiCp/Al复合材料， 最终实现SiCp/Al复杂结构件的近净成形。 0003 文献1 “Xiong Huaping ,Xiong Bowen ,et al .Effects of binders on dimensional accuracy and mechanical properties of SiC particulates preforms fabricated by selective laser sintering.Composites Part B,2013,44(1):480-483” 公开了一种选择性激光烧结制备SiC坯体， 通过。

10、渗铝实现制备SiCp/Al复合材料的方法， 该 方法只研究了SiC坯体的成形精度及强度， 并未涉及SiCp/Al复合材料的力学性能， 且无法 制得SiCp/Al复杂结构。 0004 文献2 “Astfalck Lachlan Connor,Kelly Gemma Kaye,et al.On the Breakdown of SiC during the Selective Laser Melting of Aluminum Matrix Composites.Advanced Engineering Materials， 2017,19(8):1600835” 公开了一种通过选 择性激光熔融制。

11、备SiCp/Al复合材料的方法， 该方法在成型过程SiC与Al直接反应生成大量 Al4C3， 反应产物对界面结合及材料性能产生较大影响。 0005 传统制备SiCp/Al复杂结构时存在着难成型、 难加工的特点， 对具有复杂内腔结构 的零件， 传统加工方法无法制造。 发明内容 0006 本发明的目的是要解决传统加工方法无法制造SiCp/Al复杂结构的问题， 而提供 一种3D成型SiCp/Al复杂结构的制备方法。 0007 一种3D成型SiCp/Al复杂结构的制备方法， 具体按以下步骤完成： 0008 一、 制备混合粉料： 将SiC粉末和铝粉末混合， 再加入粘结剂， 在V型混合机内混合 24h48。

12、h， 得到混合粉料； 所述SiC粉末与铝粉末的质量比为(5070):(3050)； 所述混合 粉料中粘结剂的质量分数为515； 0009 二、 参数设定： 将STL格式文件导入SLS成型机， 设定扫描速度为1000mm/s 2000mm/s， 每层厚度为0.05mm0.2mm， 预热温度为4070， 然后利用计算机分层切片软 件将模型处理成设定厚度的薄片； 0010 三、 制备预制件： 将混合粉料加入到SLS成型机的工作缸中， 利用滚轴将粉末铺平， 说明书 1/4 页 3 CN 109848415 A 3 静置25min35min， 然后按照步骤二设定的预热温度为4070将工作缸加热至预热温 。

13、度， 再按照步骤二设定的扫描速度为1000mm/s2000mm/s和每层厚度为0.05mm0.2mm开 始加工， 激光烧结， 通过送粉缸送粉、 铺粉， 然后逐层烧结， 然后在温度为4070下干燥 50min70min后取出， 得到SiCp/Al预制件； 0011 四、 热固化： 在温度为200300对SiCp/Al预制件进行热固化2h3h， 得到热固 化后SiCp/Al预制件； 0012 五、 渗胶： 在热固化后SiCp/Al预制件表面浸渗硅溶胶， 得到渗胶SiCp/Al预制件； 0013 六、 脱脂： 将渗胶SiCp/Al预制件置于真空烧结炉中， 在温度为500700下进行 脱脂， 脱脂时间。

14、为1h2h， 得到脱脂SiCp/Al预制件； 0014 七、 烧结： 将脱脂SiCp/Al预制件在真空烧结中温度为7001200下烧结， 烧结 时间为1h3h， 随炉冷却至室温， 得到SiCp/Al复杂结构。 0015 本发明原理及有益效果： 一、 本发明制备的SiCp/Al复杂结构为SiCp/Al点阵结构， 利用SLS成型机， 选择激光烧结技术， 进行3D成型， 无需模具， 实现复杂结构SiCp/Al预制件 的数字化成型， 避免了对SiCp/Al复合材料二次加工成型， 解决了SiCp/Al复杂结构难成型 的问题； 二、 本发明浸渗硅溶胶， 使预制件表面在脱脂过程中会形成坚固的膜， 保证预制件。

15、 结构在脱脂过程中保持不变； 三、 本发明采用先脱脂， 再烧结的方法， 铝粉烧结后转为复合 材料的基体， 获得较高精度、 较高强度的SiCp/Al点阵结构， 减少了SiC与Al界面反应产物的 生成， 改善了反应产物对界面结合及材料性能影响等问题； 四、 本发明制备工艺简单， 工时 少， 工艺稳定和重现性好。 附图说明 0016 图1是本发明的工艺流程图； 0017 图2是实施例1步骤二中STL格式文件中SiCp/Al预制件的三维模型； 0018 图3是实施例1得到的SiCp/Al复杂结构实物照片。 具体实施方式 0019 具体实施方式一： 本实施方式是一种3D成型SiCp/Al复杂结构的制备方。

16、法， 具体按 以下步骤完成： 0020 一、 制备混合粉料： 将SiC粉末和铝粉末混合， 再加入粘结剂， 在V型混合机内混合 24h48h， 得到混合粉料； 所述SiC粉末与铝粉末的质量比为(5070):(3050)； 所述混合 粉料中粘结剂的质量分数为515； 0021 二、 参数设定： 将STL格式文件导入SLS成型机， 设定扫描速度为1000mm/s 2000mm/s， 每层厚度为0.05mm0.2mm， 预热温度为4070， 然后利用计算机分层切片软 件将模型处理成设定厚度的薄片； 0022 三、 制备预制件： 将混合粉料加入到SLS成型机的工作缸中， 利用滚轴将粉末铺平， 静置25m。

17、in35min， 然后按照步骤二设定的预热温度为4070将工作缸加热至预热温 度， 再按照步骤二设定的扫描速度为1000mm/s2000mm/s和每层厚度为0.05mm0.2mm开 始加工， 激光烧结， 通过送粉缸送粉、 铺粉， 然后逐层烧结， 然后在温度为4070下干燥 50min70min后取出， 得到SiCp/Al预制件； 说明书 2/4 页 4 CN 109848415 A 4 0023 四、 热固化： 在温度为200300对SiCp/Al预制件进行热固化2h3h， 得到热固 化后SiCp/Al预制件； 0024 五、 渗胶： 在热固化后SiCp/Al预制件表面浸渗硅溶胶， 反复用毛刷。

18、蘸取硅溶胶刷 在预制件表面， 直至硅溶胶不再渗入为止， 得到渗胶SiCp/Al预制件； 0025 六、 脱脂： 将渗胶SiCp/Al预制件置于真空烧结炉中， 在温度为500700下进行 脱脂， 脱脂时间为1h2h， 得到脱脂SiCp/Al预制件； 0026 七、 烧结： 将脱脂SiCp/Al预制件在真空烧结中温度为7001200下烧结， 烧结 时间为1h3h， 随炉冷却至室温， 得到SiCp/Al复杂结构。 0027 图1是本发明的工艺流程图。 0028 具体实施方式二： 本实施方式与具体实施方式一的不同点是： 步骤一中所述的SiC 粉末的粒径为280目， 铝粉末的粒径为280目。 其他与具体。

19、实施方式一相同。 0029 具体实施方式三： 本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是： 步骤一中所 述粘结剂为环氧树脂。 其他与具体实施方式一或二相同。 0030 具体实施方式四： 本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是： 步骤一中所 述SiC粉末与铝粉末的质量比为1:1， 所述混合粉料中粘结剂的质量分数为5。 其他与具体 实施方式一至三相同。 0031 具体实施方式五： 本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是： 步骤二中设 定预热温度为57。 其他与具体实施方式一至四相同。 0032 具体实施方式六： 本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是： 步骤五中所 述硅溶胶为碱性硅溶胶。

20、， 且常温下碱性硅溶胶的粘度小于10MPas。 其他与具体实施方式 一至五相同。 0033 具体实施方式七： 本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是： 步骤五中所 述浸渗硅溶胶具体过程如下： 用毛刷反复蘸取硅溶胶刷在热固化后SiCp/Al预制件表面表 面， 直至硅溶胶不再渗入为止。 其他与具体实施方式一至六相同。 0034 具体实施方式八： 本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是： 步骤六中在 温度为550下进行脱脂， 脱脂时间为1h。 其他与具体实施方式一至七相同。 0035 具体实施方式九： 本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是： 步骤七中将 脱脂SiCp/Al预制件在真空烧。

21、结中温度为1000下烧结， 烧结时间为3h， 随炉冷却至室温， 得到SiCp/Al复杂结构。 其他与具体实施方式一至八相同。 0036 本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容， 其中一个或几个具体实施方式的组 合同样也可以实现发明的目的。 0037 采用下述试验验证本发明效果 0038 实施例1： 一种3D成型SiCp/Al复杂结构的制备方法， 具体按以下步骤完成： 0039 一、 制备混合粉料： 将SiC粉末和铝粉末混合， 再加入粘结剂， 在V型混合机内混合 36h， 得到混合粉料； 所述SiC粉末与铝粉末的质量比为50:50； 所述混合粉料中粘结剂的质 量分数为5； 0040 二、 参数设。

22、定： 将STL格式文件导入SLS成型机， 设定扫描速度为2000mm/s， 每层厚 度为0.1mm， 预热温度为57， 然后利用计算机分层切片软件将模型处理成设定厚度的薄 片； 说明书 3/4 页 5 CN 109848415 A 5 0041 三、 制备预制件： 将混合粉料加入到SLS成型机的工作缸中， 利用滚轴将粉末铺平， 静置30min， 然后按照步骤二设定的预热温度为57将工作缸加热至预热温度， 再按照步骤 二设定的扫描速度为2000mm/s和每层厚度为0.1mm开始加工， 激光烧结， 通过送粉缸送粉、 铺粉， 然后逐层烧结， 然后在温度为57下干燥60min后取出， 得到SiCp/A。

23、l预制件； 0042 四、 热固化： 在温度为200对SiCp/Al预制件进行热固化3h， 得到热固化后SiCp/ Al预制件； 0043 五、 渗胶： 在热固化后SiCp/Al预制件表面浸渗硅溶胶， 反复用毛刷蘸取硅溶胶刷 在预制件表面， 直至硅溶胶不再渗入为止， 得到渗胶SiCp/Al预制件； 0044 六、 脱脂： 将渗胶SiCp/Al预制件置于真空烧结炉中， 在温度为550下进行脱脂， 脱脂时间为1h， 得到脱脂SiCp/Al预制件； 0045 七、 烧结： 将脱脂SiCp/Al预制件在真空烧结中温度为1000下烧结， 烧结时间为 3h， 随炉冷却至室温， 得到SiCp/Al复杂结构。。

24、 0046 步骤一中所述的SiC粉末的粒径为280目， 铝粉末的粒径为280目。 0047 步骤一中所述粘结剂为环氧树脂。 0048 步骤五中所述硅溶胶为碱性硅溶胶， 且常温下碱性硅溶胶的粘度小于10MPas。 0049 步骤五中所述浸渗硅溶胶具体过程如下： 用毛刷反复蘸取硅溶胶刷在热固化后 SiCp/Al预制件表面表面， 直至硅溶胶不再渗入为止。 0050 图2是实施例1步骤二中STL格式文件中SiCp/Al预制件的三维模型； 图3是实施例1 得到的SiCp/Al复杂结构实物照片； 通过图2和3可知实施例1得到的SiCp/Al复杂结构为 SiCp/Al点阵结构。 0051 对实施例1得到的SiCp/Al复合材料的收缩率进行检测， 收缩率为0.2， 0052 对实施例1得到的SiCp/Al点阵结构的压缩强度进行检测， 结构压缩强度为47MPa。 说明书 4/4 页 6 CN 109848415 A 6 图1 图2 说明书附图 1/2 页 7 CN 109848415 A 7 图3 说明书附图 2/2 页 8 CN 109848415 A 8 。