一种用于选区激光烧结（SLS）/选区激光融化（SLM）的粉末及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于增材制造技术领域，尤其涉及一种用于选区激光烧结(SLS)/选区激光融化(SLM)的粉末及其制备方法和应用。本发明专利技术粉末包括基体和包覆层，包覆层包覆于基体的表面；基体为陶瓷基体、硬质合金基体和难熔金属基体中的一种或多种；包覆层为有机粘结剂、无机粘结剂和低熔点金属中的一种或多种。本发明专利技术中，有机粘结剂均匀附着于基体表面，减少有机粘结剂的用量，能缓解使用粘结剂成型坯体致密度低的问题；包覆层包括无机粘结剂和/或低熔点金属时，在SLS/SLM成形中，无机粘结剂和/或低熔点金属发挥粘结剂的作用，起到烧结助剂的作用，并起增强增韧的作用，解决陶瓷材料、硬质合金材料和难熔金属材料在SLS/SLM成形中容易产生裂纹，成形困难的问题。

A Powder for Selective Laser Sintering (SLS)/Selective Laser Melting (SLM) and Its Preparation Method and Application

The invention belongs to the field of material adding manufacturing technology, in particular to a powder used for selective laser sintering (SLS)/selective laser melting (SLM) and its preparation method and application. The powder of the invention comprises a matrix and a cladding layer, which is coated on the surface of the matrix, one or more of the ceramic matrix, cemented carbide matrix and refractory metal matrix, and one or more of the organic binders, inorganic binders and low melting point metals. In the present invention, the organic binder is uniformly adhered to the surface of the substrate, reducing the amount of the organic binder, and can alleviate the problem of low density of the green body formed by using the binder. When the coating includes inorganic binder and/or low melting point metal, the inorganic binder and/or low melting point metal play the role of binder in the SLS/SLM forming. It plays the role of sintering aids and strengthening and toughening, and solves the problems of cracks and forming difficulties in SLS/SLM forming of ceramics, cemented carbides and refractory metals.

【技术实现步骤摘要】
一种用于选区激光烧结(SLS)/选区激光融化(SLM)的粉末及其制备方法和应用
本专利技术属于增材制造
，尤其涉及一种用于选区激光烧结(SLS)/选区激光融化(SLM)的粉末及其制备方法和应用。
技术介绍
选区激光烧结(SelectiveLaserSintering，SLS)和选区激光融化(Selectivelasermelting，SLM)是增材制造技术的重要分支，在成形复杂结构件、缩短零件加工时间和降低成本等方面展现出巨大优势。SLS由美国Texas大学Austin分校的CarlCkard于1989年提出，采用预置粉末，激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成形的固化层层层叠加生成所需形状的零件。根据烧结过程不同的粘结机理，SLS分为固态烧结、化学诱导连接、部分熔化的液相烧结和完全熔化四种类型；根据在成形过程中是否使用粘结剂，SLS分为添加粘结剂和不添加粘结剂两类。添加粘结剂的SLS中，首先将粉末材料与粘结剂混合，激光有选择地分层烧结混合粉末获得成形件，然后将所得成形件置于加热炉中，通过脱脂处理去除其中的粘结剂，再进行浸渗处理，在孔隙中渗入填充物；对于不添加粘结剂的SLS，烧结材料由高熔点和低熔点两种粉末材料构成，在激光扫描过程中，低熔点的粉末颗粒熔化，而高熔点的粉末颗粒温度升高但并未熔化，低熔点的粉末颗粒作为粘结剂将高熔点的粉末材料粘结在一起形成成形件。SLM是在SLS基础上，1995年由德国Fraunhofer激光研究所提出，采用激光有选择地分层融化固体粉末，并使熔融层固化叠加形成零件。与SLS不同，SLM在成形过程中不需要添加粘结剂而是通过粉末的熔融固化来实现成形，可较方便地控制孔隙率与孔隙形状，成形出具有复杂内部结构的多孔件。同时，由于粉末经激光扫描快速融化、瞬时凝固，微观组织细密，SLM成形件力学性能优于铸件，使得其在复杂难加工件的成形具有突出优势，适合于加工小结构、高质量的复杂不规则组件及进行零件的修复和表面工程，在航空航天、汽车及生物医疗等领域显现了良好的应用前景。塑料、尼龙、树脂及金属材料的SLS/SLM技术已经取得了较好的研究成果并在航空航天、医疗、模具、汽车等领域得到广泛应用。然而陶瓷材料、硬质合金材料和难熔金属材料等由于熔点高、脆性大、塑性和韧性差，在热冲击下易产生裂纹，同时由于SLS/SLM急热急冷的加工特点，使得上述材料在成形过程中容易产生裂纹，成形困难，使用粘结剂，成型坯体致密度低。Shahzad等采用聚酰胺(Polyamide，PA)作为有机粘结剂，间接SLS成形Al2O3，针对不同粘结剂含量的原料进行对比实验，当粘结剂含量为40％时，得到SLS成形件相对密度50.4％；粘结剂含量为50％时，其相对密度43.1％。研究显示氧化铝SLS成形时粉末中粘结剂含量越高，烧结件致密度越低，表明烧结件中粘结剂的去除也是影响成形件致密度，导致内部出现微小孔隙的原因之一。德国Fraunhofer激光研究所Hagedorn等采用CO2激光器预热粉床至1715℃，Nd∶YAG激光器扫描，熔融Al2O3和ZrO2混合粉末(ZrO241.5wt％，Al2O358.5wt％)获得了致密度为100％的试件，该试件在未经后期烧结工艺和处理情况下具有细粒度的两相组织结构：四方晶氧化锆和α-Al2O3，抗弯强度高于500MPa。然而，试样表面粗糙度高，当试件的高度大于3mm时，试件将不能达到100％的致密度且会产生裂纹。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种粉末，用于解决陶瓷材料、硬质合金材料和难熔金属材料等由于熔点高、脆性大、塑性和韧性差，在SLS/SLM成形过程中容易产生裂纹，成形困难，使用粘结剂成型坯体致密度低的问题。本专利技术的具体技术方案如下：一种粉末，所述粉末包括基体和包覆层，所述包覆层包覆于所述基体的表面；所述基体为陶瓷基体、硬质合金基体和难熔金属基体中的一种或多种；所述包覆层为有机粘结剂、无机粘结剂和低熔点金属中的一种或多种。优选的，所述粉末的球形度为0.75～1；所述粉末的粒径为5μm～160μm。优选的，所述基体的粒径为1μm～150μm；所述包覆层的厚度为10nm～10μm。优选的，所述陶瓷基体为氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷；所述硬质合金为碳化钨、碳化钛和碳化钽中的一种或多种；所述难熔金属基体为钨、铂、钛和铬中的一种或多种；所述氧化物陶瓷为氧化铝和/或氧化锆；所述非氧化物陶瓷为氮化硅、氮化硼、金刚石、碳化硅、氮化铝、氮化钛、碳氮化钛、碳化硼、二硼化钛和磷灰石中的一种或多种。优选的，所述有机粘结剂为聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯和环氧树脂中的一种或多种；所述无机粘结剂为氧化钙、氧化镁、氧化锌和氧化钇中的一种或多种；所述低熔点金属为钴、镍、锡和铅中的一种或多种。本专利技术还提供了一种粉末的制备方法，包括以下步骤：将基体悬浮于雾化腔中，向所述雾化腔中加入包覆液并使所述包覆液雾化，雾化后的包覆液包覆于所述基体的表面形成包覆层，得到所述粉末；其中，所述包覆液由包覆材料加热至熔融制得；所述基体为陶瓷基体、硬质合金基体和难熔金属基体中的一种或多种；所述包覆层为有机粘结剂、无机粘结剂和低熔点金属中的一种或多种。优选的，所述雾化为加压雾化；所述加压雾化的压强为0.5MPa～10MPa；所述加压雾化的时间为5min～100min。优选的，所述雾化的温度为20℃～200℃。优选的，所述将基体悬浮于雾化腔中之前，还包括：对所述基体进行干燥。本专利技术还提供上述技术方案所述粉末或上述技术方案所述制备方法制得的粉末在增材制造中的应用。综上所述，本专利技术提供了一种粉末，所述粉末包括基体和包覆层，所述包覆层包覆于所述基体的表面；所述基体为陶瓷基体、硬质合金基体和难熔金属基体中的一种或多种；所述包覆层为有机粘结剂、无机粘结剂和低熔点金属中的一种或多种。本专利技术中，包覆层包括有机粘结剂时，有机粘结剂均匀附着于基体表面，减少了现有SLS中有机粘结剂的用量，缓解了使用粘结剂成型坯体致密度低的问题，使得打印效果更好；包覆层包括无机粘结剂和/或低熔点金属时，在SLS/SLM成形过程中，无机粘结剂和/或低熔点金属发挥粘结剂的作用，起到烧结助剂的作用，同时还起到增强增韧的作用，解决陶瓷材料、硬质合金材料和难熔金属材料在SLS/SLM成形过程中容易产生裂纹，成形困难的问题，并且包覆层可针对SLS/SLM急热急冷的特点，起到散热阻剂的作用，降低导热梯度，从而延缓热量流失。具体实施方式本专利技术提供了一种粉末，用于解决陶瓷材料、硬质合金材料和难熔金属材料等由于熔点高、脆性大、塑性和韧性差，在SLS/SLM成形过程中容易产生裂纹，成形困难，使用粘结剂成型坯体致密度低的问题。下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。一种粉末，粉末包括基体和包覆层，包覆层包覆于基体的表面；基体为陶瓷基体、硬质合金基体和难熔金属基体中的一种或多种；包覆层为有机粘结剂、无机粘结剂和低熔点金属中的一种或多种。本专利技术中，包覆层包括有机粘结剂时，有机粘结剂均匀附着于基体表面，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉末，其特征在于，所述粉末包括基体和包覆层，所述包覆层包覆于所述基体的表面；所述基体为陶瓷基体、硬质合金基体和难熔金属基体中的一种或多种；所述包覆层为有机粘结剂、无机粘结剂和低熔点金属中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种粉末，其特征在于，所述粉末包括基体和包覆层，所述包覆层包覆于所述基体的表面；所述基体为陶瓷基体、硬质合金基体和难熔金属基体中的一种或多种；所述包覆层为有机粘结剂、无机粘结剂和低熔点金属中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的粉末，其特征在于，所述粉末的球形度为0.75～1；所述粉末的粒径为5μm～160μm。3.根据权利要求1所述的粉末，其特征在于，所述基体的粒径为1μm～150μm；所述包覆层的厚度为10nm～10μm。4.根据权利要求1所述的粉末，其特征在于，所述陶瓷基体为氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷；所述硬质合金为碳化钨、碳化钛和碳化钽中的一种或多种；所述难熔金属基体为钨、铂、钛和铬中的一种或多种；所述氧化物陶瓷为氧化铝和/或氧化锆；所述非氧化物陶瓷为氮化硅、氮化硼、金刚石、碳化硅、氮化铝、氮化钛、碳氮化钛、碳化硼、二硼化钛和磷灰石中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的粉末，其特征在于，所述有机粘结剂为聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯和环氧树脂中的一种或多种；所述无机粘结剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍尚华，李艳辉，李练，王明浪，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44