碳化硅陶瓷激光3D打印研究
发布时间：2021-06-24 19:29
随着科学技术的发展,新材料、信息技术、新能源、生物工程已经成为当今社会生产力发展的四大支柱产业。先进陶瓷材料是新材料领域的重要组成部分,在工业领域中受到重要关注。碳化硅陶瓷作为一种极其重要的工程陶瓷材料,其优异的物理化学性质使其在材料领域发展迅速,在众多工业领域广泛应用。然而,由于这类陶瓷材料的高强度、高硬度优点同时给零件的成形、加工带来了很多困难。而在制造产业中,3D打印成形技术为克服传统技术的不足提供了一种新的途径。本文将基于碳化硅陶瓷在工业领域和电子领域的重要性,对碳化硅陶瓷选择性激光烧结成形和光固化成形工艺进行了系统地研究,自主开发了符合成型工艺要求的碳化硅3D打印用材料,初步实现了复杂结构碳化硅陶瓷的一体成型,并进一步地探索了最优的激光成形工艺参数,成形出一批具有一定精度和强度的典型碳化硅零部件坯体。最后研究和探讨了3D打印态碳化硅零件坯体的脱脂及烧结等后处理工艺。选择性激光烧结聚丙烯碳化硅复合粉体采取覆膜法制备,为加强高分子与碳化硅陶瓷粉体之间的粘附力,对碳化硅进行了改性处理,改性粉体采用10%硅烷偶联剂KH-570化学改性制得。聚丙烯碳化硅复合材料在CO2
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SiC原子堆垛示意图[7]
喙倌鼙?┧狨サヌ澹?渚酆显?砣缤?-2a)所示。其使用AMHPCS和1,4-丁二醇二丙烯酸酯溶液以1:1和1:2的比例，通过台式STL工具成功地打印出复杂形状的高精确度结构，如图1-2b)所示。通过热解和在1300℃氩气气氛下烧结，将样品转化为富含SiC的陶瓷。该文发现所得陶瓷的组成和形态高度依赖于陶瓷前体聚合物和丙烯酸酯的类型和浓度，此文采用立体光刻成型技术得到的SiC陶瓷高精度、无收缩、高质量，且完美地体现了立体光刻技术复杂结构一体化成型的优势，但其采用的前驱体材料极其昂贵，材料成本高严重阻碍了其商用大规模发展。图1-2a)AHPCS/二丙烯酸酯体系光聚合图;b)三维打印实物图[12]另一部分研究者的主要研究方向在于将碳化硅及高分子粘结剂混合制得a)b)
岬贾律?鞯南喽悦芏仍黾印６?遥??黾恿?烧结体的相对密度和弯曲强度以及线性的显着降低烧结体的收缩。当粘合剂含量的添加量为125%，烧结体的相对密度高达86.8%，线性收缩率可达10.6%，弯曲强度可达438MPa。Shahzad等[19]将商用颗粒状聚丙烯作为粘结剂，通过选择性激光烧结技术成功制备氧化铝陶瓷，所得的预制体的陶瓷坯体密度仅为理论密度的34%左右，再经过脱脂、烧结工艺后得到的制品密度只为理论密度的39%。为提高坯体的致密度，后续对坯体进行氧化铝悬浊液压力浸渗，然后对坯体采用了热等静压工艺处理，工艺原理如图1-3a)所示，得到的氧化铝陶瓷坯体的致密度大大提高，由39%提升到83%，且烧结后的相对密度高达88%，抗弯强度达到148±22MPa，但制造过程中的坯体体积收缩率较大，最终成品如图1-3b)所示。图1-3a)热等静压过程示意图;b)氧化铝陶瓷选择性激光烧结成型图[19]Deckers等[20]通过相转化技术，以聚酰胺为粘结剂，采用SLS技术制备氧化铝陶瓷。其使用DMSO作为溶剂的相转化技术，制造平均直径为50mm的Al2O3聚酰胺微球为SLS用原材料，其SLS激光器中的组件能量密度范围a)b)
【参考文献】：
期刊论文
[1]先进陶瓷材料的研究与应用[J]. 张文毓. 陶瓷. 2019(03)
[2]高体积分数SiCp/A356复合材料的显微组织和电导率[J]. 路建宁,王娟,郑开宏,龙骏. 材料导报. 2018(S1)
[3]材料发展大事记[J]. 郝士明. 材料与冶金学报. 2017(04)
[4]用于光固化三维快速成型（SLA）的光敏树脂研究现状与展望[J]. 郭天喜,陈遒. 杭州师范大学学报(自然科学版). 2016(02)
[5]碳化硅密封材料的性能及应用[J]. 张新杰,王岳. 材料开发与应用. 2014(02)
[6]碳化硅陶瓷热压烧结性能的研究[J]. 王晓刚,崔佳,刘银波,吴行健,王嘉博. 中国陶瓷. 2014(04)
[7]碳化硅陶瓷的应用现状[J]. 柴威,邓乾发,王羽寅,李振,袁巨龙. 轻工机械. 2012(04)
[8]KH570对二硫化钼粉体表面的改性研究[J]. 张建强,冯辉霞,赵霞,雒和明,赵丹. 化学试剂. 2009(01)
[9]快速自动成型技术的原理及其发展趋势[J]. 孟宝全,赵淑玉. 装备制造技术. 2008(04)
[10]快速成形技术及其发展趋势[J]. 曹炜,曾忠,李合生. 机械设计与制造. 2006(05)
硕士论文
[1]碳化硅陶瓷的SLS成形及后处理研究[D]. 徐文武.华中科技大学 2007
本文编号：3247699
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SiC原子堆垛示意图[7]
喙倌鼙?┧狨サヌ澹?渚酆显?砣缤?-2a)所示。其使用AMHPCS和1,4-丁二醇二丙烯酸酯溶液以1:1和1:2的比例，通过台式STL工具成功地打印出复杂形状的高精确度结构，如图1-2b)所示。通过热解和在1300℃氩气气氛下烧结，将样品转化为富含SiC的陶瓷。该文发现所得陶瓷的组成和形态高度依赖于陶瓷前体聚合物和丙烯酸酯的类型和浓度，此文采用立体光刻成型技术得到的SiC陶瓷高精度、无收缩、高质量，且完美地体现了立体光刻技术复杂结构一体化成型的优势，但其采用的前驱体材料极其昂贵，材料成本高严重阻碍了其商用大规模发展。图1-2a)AHPCS/二丙烯酸酯体系光聚合图;b)三维打印实物图[12]另一部分研究者的主要研究方向在于将碳化硅及高分子粘结剂混合制得a)b)
岬贾律?鞯南喽悦芏仍黾印６?遥??黾恿?烧结体的相对密度和弯曲强度以及线性的显着降低烧结体的收缩。当粘合剂含量的添加量为125%，烧结体的相对密度高达86.8%，线性收缩率可达10.6%，弯曲强度可达438MPa。Shahzad等[19]将商用颗粒状聚丙烯作为粘结剂，通过选择性激光烧结技术成功制备氧化铝陶瓷，所得的预制体的陶瓷坯体密度仅为理论密度的34%左右，再经过脱脂、烧结工艺后得到的制品密度只为理论密度的39%。为提高坯体的致密度，后续对坯体进行氧化铝悬浊液压力浸渗，然后对坯体采用了热等静压工艺处理，工艺原理如图1-3a)所示，得到的氧化铝陶瓷坯体的致密度大大提高，由39%提升到83%，且烧结后的相对密度高达88%，抗弯强度达到148±22MPa，但制造过程中的坯体体积收缩率较大，最终成品如图1-3b)所示。图1-3a)热等静压过程示意图;b)氧化铝陶瓷选择性激光烧结成型图[19]Deckers等[20]通过相转化技术，以聚酰胺为粘结剂，采用SLS技术制备氧化铝陶瓷。其使用DMSO作为溶剂的相转化技术，制造平均直径为50mm的Al2O3聚酰胺微球为SLS用原材料，其SLS激光器中的组件能量密度范围a)b)
【参考文献】：
期刊论文
[1]先进陶瓷材料的研究与应用[J]. 张文毓. 陶瓷. 2019(03)
[2]高体积分数SiCp/A356复合材料的显微组织和电导率[J]. 路建宁,王娟,郑开宏,龙骏. 材料导报. 2018(S1)
[3]材料发展大事记[J]. 郝士明. 材料与冶金学报. 2017(04)
[4]用于光固化三维快速成型（SLA）的光敏树脂研究现状与展望[J]. 郭天喜,陈遒. 杭州师范大学学报(自然科学版). 2016(02)
[5]碳化硅密封材料的性能及应用[J]. 张新杰,王岳. 材料开发与应用. 2014(02)
[6]碳化硅陶瓷热压烧结性能的研究[J]. 王晓刚,崔佳,刘银波,吴行健,王嘉博. 中国陶瓷. 2014(04)
[7]碳化硅陶瓷的应用现状[J]. 柴威,邓乾发,王羽寅,李振,袁巨龙. 轻工机械. 2012(04)
[8]KH570对二硫化钼粉体表面的改性研究[J]. 张建强,冯辉霞,赵霞,雒和明,赵丹. 化学试剂. 2009(01)
[9]快速自动成型技术的原理及其发展趋势[J]. 孟宝全,赵淑玉. 装备制造技术. 2008(04)
[10]快速成形技术及其发展趋势[J]. 曹炜,曾忠,李合生. 机械设计与制造. 2006(05)
硕士论文
[1]碳化硅陶瓷的SLS成形及后处理研究[D]. 徐文武.华中科技大学 2007
本文编号：3247699
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