Ceramic composite material forming method based on fiber reinforced ceramic precursor 3D printing technology. The 3D printing and forming of ceramic materials were realized by 3D printing technology, combined with fiber reinforced composite technology, Precursor Pyrolysis, polymer dipping pyrolysis (PIP) and high temperature sintering. First, in the printing process, the reinforced fiber and matrix material and ceramic precursor into the print head, preceramic polymer composite material containing ceramic elements formed by heating and melting and fiber mixing, then extruding printing, get ceramic precursor body, after pyrolysis, impregnation and high temperature sintering process the ceramic precursor into ceramic parts. The ceramic parts with good toughness, high strength and high temperature resistance can be easily obtained by using the method, and the rapid manufacture of ceramic parts with complicated structure can be realized.
【技术实现步骤摘要】
一种基于纤维增强陶瓷先驱体3D打印技术的陶瓷复合材料成形方法
本专利技术涉及连续纤维增强复合材料3D打印技术和陶瓷烧结
,具体涉及一种基于纤维增强陶瓷先驱体3D打印技术的陶瓷复合材料成形方法。
技术介绍
3D打印技术是20世纪80年代后期发展起来的一项先进制造技术,可以直接根据产品设计数据,快速制造出新产品的样件、模具或模型,大大缩短产品加工周期,降低了研制的成本,对促进企业产品创新、提高产品竞争力有积极的推动作用。现代陶瓷由于其优越的光、电、热、磁、力学性能以及耐高温、抗腐蚀、耐辐射、高强度、高模量、高硬度、密度小、热膨胀系数小等特性而得到广泛应用。目前,陶瓷材料的直接成型已经成为快速成型技术的研究热点和重要发展方向之一。先驱体转化法制备陶瓷材料的工艺因制备温度低、材料组成可控、成型加工容易等优点受到广泛关注,在陶瓷纤维及其复合材料的制备中显示出巨大优势和广阔应用前景。该方法是将具有一定形状的纤维坯体浸入先驱体多聚物液体中,使先驱体填满纤维间的空隙,先驱体在一定条件下干燥固化后,在特定温度和压力下使其发生高温裂解,便制得陶瓷基体。但是,在先驱体转化法中,纤维坯体的制备往往比较困难。目前较为先进的树脂基长纤维增强复合材料零件制造的方式多采用复合材料纤维铺放技术,即按零件结构所确定的铺层方向和铺层厚度要求,采用多自由度的铺放头将多组纤维预浸纱束或窄带自动铺放在模具表面。所以,采用先驱体转化方法进行纤维增强陶瓷复合材料的制造工艺存在纤维敷设困难、成形方法单一、不能精确成形,且需要预先处理完成的纤维预浸料以及模具成本极高的等问题,无法实现复杂结构陶瓷复合材 ...
【技术保护点】
一种基于纤维增强陶瓷先驱体3D打印技术的陶瓷复合材料成形方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,增强纤维供给到3D打印头,同时,陶瓷先驱体和高含碳量热塑性复合材料通过导向管供给到3D打印头,打印头处的加热装置使陶瓷先驱体和高含碳量热塑性复合材料处于熔融状态;步骤二,程序控制二维运动平台,带动3D打印头在工作台上,按照当前层模型的截面数据运动,进行零件3D打印;步骤三,增强纤维与熔融的陶瓷先驱体和高含碳量热塑性复合材料混合形成含陶瓷元素的高分子复合材料,并且从喷嘴出口被挤出,粘附在工作台上,冷却沉积后,随着二维运动平台的运动而不断打印出当前截面;步骤四,当完成模型当前一层的截面后,升降装置将带着工作台一起下降一个分层厚度;步骤五,重复步骤二至步骤四,直至零件完成,得到陶瓷先驱体坯体;步骤六,对打印的陶瓷先驱体坯体在所需的环境气氛下进行热裂解处理,陶瓷先驱体坯体转化为陶瓷;步骤七,对裂解后的零件浸渍有机聚合物先驱体,并交联固化或晾干;步骤八,对浸渍晾干零件进行高温烧结;步骤九,重复步骤七至步骤八2~3次,使陶瓷零件致密化,即完成基于纤维增强陶瓷先驱体3D打印技术的陶瓷复合材料成形。
【技术特征摘要】
1.一种基于纤维增强陶瓷先驱体3D打印技术的陶瓷复合材料成形方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一,增强纤维供给到3D打印头,同时,陶瓷先驱体和高含碳量热塑性复合材料通过导向管供给到3D打印头,打印头处的加热装置使陶瓷先驱体和高含碳量热塑性复合材料处于熔融状态;步骤二,程序控制二维运动平台,带动3D打印头在工作台上,按照当前层模型的截面数据运动,进行零件3D打印;步骤三,增强纤维与熔融的陶瓷先驱体和高含碳量热塑性复合材料混合形成含陶瓷元素的高分子复合材料,并且从喷嘴出口被挤出,粘附在工作台上,冷却沉积后,随着二维运动平台的运动而不断打印出当前截面;步骤四,当完成模型当前一层的截面后,升降装置将带着工作台一起下降一个分层厚度;步骤五,重复步骤二至步骤四,直至零件完成,得到陶瓷先驱体坯体;步骤六,对打印的陶瓷先驱体坯体在所需的环境气氛下进行热裂解处理,陶瓷先驱体坯体转化为陶瓷;步骤七,对裂解后的零件浸渍有机聚合物先驱体,并交联固化或晾干;步骤八,对浸渍晾干零件进行高温烧结;步骤九,重复步骤七至步骤八2~3次,使陶瓷零件致密化,即完成基于纤维增强陶瓷先驱体3D打印技术的陶瓷复合材料成形。2.根据权利要求1所述的一种基于纤维增强陶瓷先驱体3D打印技术的陶瓷复合材料成形方法,其特征在于,所述步骤一中,增强纤维包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚芳酰胺纤维和智能纤维中的一种或多种组合。3.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员:田小永,夏园林,鲁中良,曹继伟,
申请(专利权)人:西安交通大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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