一种金属陶瓷零件的快速成形方法技术

本发明专利技术公开了一种金属陶瓷零件的快速成形方法，将金属粉末和陶瓷粉末混合，加入烧结助剂和分散剂，球磨后加入到光固化单体溶剂中，再加入分散剂、光引发剂、消泡剂，混合均匀得到浆料；将制备好的浆料利用紫外线光束，根据零件的三维模型逐点、逐层进行固化打印，得到固化成形的金属陶瓷坯体；最后坯体放入到烧结炉中进行脱脂和烧结，得到金属陶瓷。本发明专利技术方法摆脱了常规加工零件形状的限制，缩短加工时长，节约成本。同时结合特定的脱脂、烧结工艺步骤，确保成形零件具有高的致密度，提高成形零件的综合力学性能。

Rapid forming method for metal ceramic parts

The invention discloses a method for rapid prototyping of metal ceramic parts, metal powder and ceramic powder, and dispersant additives, after milling to join the light curing monomer in a solvent, adding dispersant, initiator, defoaming agent, mixing slurry; the slurry prepared the use of ultraviolet light, according to three-dimensional model of parts of the point by point, curing printing layer, metal ceramic curing body; finally the body into a sintering furnace for degreasing and sintering, metal ceramic. The method of the invention can get rid of the limit of the shape of the conventional processing parts, shorten the processing time and save the cost. At the same time, with the specific debinding and sintering process, the forming parts are ensured to be of high density and to improve the comprehensive mechanical properties of the formed parts.

【技术实现步骤摘要】
一种金属陶瓷零件的快速成形方法
本专利技术属于材料制备
，具体涉及一种金属陶瓷零件的快速成形方法。
技术介绍
金属陶瓷是集金属与陶瓷性能于一体的复合材料，具有陶瓷材料的耐高温、高强度及抗氧化性，兼备金属材料的强韧性及抗弯性，这些优异的性能使金属陶瓷在燃气涡轮叶片、喷气发动机喷管、内燃机阀座、冲压模具、测温元件、耐磨轴承以及高速切削刀具等方面广泛应用。目前，金属陶瓷零件的成形方法主要有粉末冶金法，将粉末作为原料，经过压制坯体，结合烧结技术，制取金属陶瓷材料的零件制品。但是，传统制备金属陶瓷主要采用粉末冶金的方法，通常针对小规模、结构单一的零件。对于结构复杂的零件，难以采用常规模具一次成形，需要先制备特定模具，再通过浇铸、机加工等多重工序的复合进行成形，引发零件制造成本高、工序时间长等问题，且不适合短期批量生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种金属陶瓷零件的快速成形方法，解决了现有制备方法不适用于小批量及复杂形状金属陶瓷零件生产的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种金属陶瓷零件零件的快速成形方法，包括以下步骤：将金属粉末以及陶瓷粉末混合，得到固体混合粉末，再加入烧结助剂和分散剂，混合均匀后，通过球磨机对所述固体混合粉末进行球磨、解离；然后将球磨好的固体混合粉末加入光固化单体中，再加入光引发剂、分散剂、消泡剂，搅拌均匀，得到浆料；将混合好的所述浆料加入光固化设备，利用紫外线光束，按照三维模型逐层或逐点打印，固化堆积制成金属陶瓷零件生坯；通过烧结炉对所述固化堆积成形的金属陶瓷零件生坯进行低温脱脂和烧结，获得金属陶瓷零件。优选地，金属陶瓷为氧化物基金属陶瓷、碳化物基金属陶瓷或硼化物基金属陶瓷。优选地，烧结助剂为碳化钒、碳化铬、碳化钽、碳化铌或碳化铪，烧结助剂的质量为固体混合粉末质量的0.5％～3％。碳化钒、碳化铬、碳化钽、碳化铌或碳化铪可以有效的降低颗粒的界面能，抑制晶粒的快速长大。优选地，光固化单体为环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚丙烯酸酯，缩水甘油基类、缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、脂环族环氧、聚氨酯类环氧、不饱和双键氧化类环氧、芳香族环氧中任一种，光固化单体的质量与固体混合粉末的质量比为3:2～17:3。这类光固化单体固化交联密度较高，有助于提高合金性能，且固化速度快，能够减少达到完全固化所需的时间。优选地，分散剂为聚丙酸钠、聚丙烯、聚苯乙烯、四元醋酸铵、己烯基双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯中任一种，两次加入的分散剂总质量占固体混合粉末总质量的0.5％～5％，球磨时加入分散剂总质量的0.3％～3％，浆料混合时加入分散剂总质量的0.2％～2％。由于固体粉末的粒径较小，易于团簇，为了充分解离固体粉末，引入分散剂。在浆料混合的过程中，为了更加充分的溶解固体粉末，引入分散剂。优选地，光引发剂为碘鎓盐、硫鎓盐、重氮盐、安息香醚类、苯乙酮类、苯偶酰类、二苯甲酮/叔胺、α－羟环烷基苯酮类、α－胺烷基苯酮类、硫杂蒽酮/叔胺类中任一种或多种的混合物，光引发剂的质量为所述光固化单体质量的0.5％～2％。上述自由基光引发剂/阳离子光引发剂其激发效率高，提高固化效率。优选地，消泡剂为乙醇、正丁醇、磷酸三丁酯、金属皂、聚醚、聚丙烯酸酯、聚二甲基硅油中任一种，消泡剂的含量为浆料质量的0.5％～1％。上述消泡剂可以有效降低气泡周围的张力，促使气泡聚集成大的气泡，最终气泡破裂消失。进一步地，加入所述光引发剂、分散剂、消泡剂时，还加入稀释剂，所述稀释剂为丙酮、甲乙酮、环己酮、甲苯或苯乙烯，所述稀释剂的质量为所述浆料质量的0.4％～0.9％。加入稀释剂可降低浆料粘度，防止逐层堆积过程中由于浆料粘度过大而引起的液面不平整。优选地，固体混合粉末加入光固化单体时，对所述固体混合粉末和光固化单体进行预热，预热温度在40℃～70℃之间，提高固体粉末在浆料中的溶解度，有助于增加固体粉末的含量，改善成形零件的质量。优选地，脱脂温度为250℃～500℃，保温时间为2h～4h。该脱脂温度和时间可以保证树脂充分的脱除。本专利技术的有益效果是，本专利技术光固化利用树脂感应紫外光而引发固化的技术，对三维模型选择性逐层堆积，摆脱了常规加工零件形状的限制，可以有效实现零件结构的可塑性以及复杂性，避免传统加工各种工序复合制造引起制造成本高、工期长等问题。同时结合特定的脱脂、烧结工艺步骤，确保成形零件具有高的致密度，提高成形零件的综合力学性能。本方法工艺稳定，可以批量进行生产。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术并不限于这些实施方式。本专利技术的金属陶瓷零件的快速成形方法主要涉及到Ti(C,N)-Ni-Mo系和WC-Co系材料，具体按照以下步骤实施：步骤1，浆料的制备(1)球磨选取颗粒为0.1μm～1μm的金属粉末以及陶瓷粉末混合，得到固体粉末，加入烧结助剂，烧结助剂为碳化钒(VC)、碳化铬(Cr3C2)、碳化钽(TaC)、碳化铌(NbC)、碳化铪(HfC)之一或者混合物，其含量为固体粉末质量的0.5％～3％，再加入适量分散剂，混合均匀，充分地解离固体粉末后，放入球磨机中进行球磨、解离。(2)浆料制备将球磨好的混合粉末加入光固化单体中，再加入适量分散剂，最大限度的使固体粉末溶入到单体中，并在避光的条件下加入光引发剂、消泡剂、稀释剂，搅拌均匀，得到浆料。浆料混合过程中需进行预热，预热温度在40℃～70℃之间。其中，光固化单体主要有丙烯酸酯类齐聚物和环氧类齐聚物中的一种或多种混合物，如环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚丙烯酸酯，缩水甘油基类、缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、脂环族环氧、聚氨酯类环氧、不饱和双键氧化类环氧、芳香族环氧等，其质量与固体粉末的质量比为3:2～17:3。分散剂主要包括聚丙酸钠、聚丙烯、聚苯乙烯、四元醋酸铵、己烯基双硬脂酰胺、三硬脂酸甘油酯，两次加入的分散剂相同，总质量一共占固体粉末总质量的0.5％～5％，球磨时的加入量占固体粉末总质量的0.3％～3％，浆料混合时的加入量占固体粉末总质量的0.2％～2％。光引发剂主要包括自由基光引发剂和阳离子基光引发剂，如碘鎓盐、硫鎓盐、重氮盐、安息香醚类、苯乙酮类、苯偶酰类、二苯甲酮/叔胺、α－羟环烷基苯酮类、α－胺烷基苯酮类、硫杂蒽酮/叔胺类等一种或多种的混合物，其质量为单体质量的0.5％～2％。消泡剂主要选取乙醇、正丁醇、磷酸三丁酯、金属皂、聚醚、聚丙烯酸酯、聚二甲基硅油等，其含量为浆料质量的0.5％～1％。稀释剂为丙酮、甲乙酮、环己酮、甲苯或苯乙烯，其含量为浆料质量的0.4％～0.9％。步骤2，生坯制备将混合好的浆料加入光固化设备，利用紫外线光束，通过面曝光或点扫描方式，层厚为30～70μm，按照三维模型逐层或逐点打印，堆积制成金属陶瓷零件生坯。步骤3，后处理固化成形生坯是有机粘结剂与零件的混合体，将所制生坯放入烧结炉中进行后处理，主要包括脱脂以及烧结过程。先采用低温脱脂去除粘结剂，再进行烧结，获得致密的、性能优良的金属陶瓷零件。脱脂温度根据热重(TG)曲线进行确定，选取质量变化较为严重的温度区间作为脱脂温度，为250℃～500℃。为保证脱脂过程的完全性，保温时间为2h～4h。为减小升温过程对毛坯性能的影响，选择梯度式升温模式，在达本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属陶瓷零件的快速成形方法，其特征在于，包括以下步骤：将金属粉末以及陶瓷粉末混合，得到固体混合粉末，再加入烧结助剂和分散剂，混合均匀后，通过球磨机对所述固体混合粉末进行球磨、解离；然后将球磨好的固体混合粉末加入光固化单体中，再加入光引发剂、分散剂、消泡剂，搅拌均匀，得到浆料；将混合好的所述浆料加入光固化设备，利用紫外线光束，按照三维模型逐层或逐点打印，固化堆积制成金属陶瓷零件生坯；通过烧结炉对所述固化堆积成形的金属陶瓷零件生坯进行低温脱脂和烧结，获得金属陶瓷零件。

【技术特征摘要】
1.一种金属陶瓷零件的快速成形方法，其特征在于，包括以下步骤：将金属粉末以及陶瓷粉末混合，得到固体混合粉末，再加入烧结助剂和分散剂，混合均匀后，通过球磨机对所述固体混合粉末进行球磨、解离；然后将球磨好的固体混合粉末加入光固化单体中，再加入光引发剂、分散剂、消泡剂，搅拌均匀，得到浆料；将混合好的所述浆料加入光固化设备，利用紫外线光束，按照三维模型逐层或逐点打印，固化堆积制成金属陶瓷零件生坯；通过烧结炉对所述固化堆积成形的金属陶瓷零件生坯进行低温脱脂和烧结，获得金属陶瓷零件。2.根据权利要求1所述的金属陶瓷零件的快速成形方法，其特征在于，所述金属陶瓷为氧化物基金属陶瓷、碳化物基金属陶瓷或硼化物基金属陶瓷。3.根据权利要求1所述的金属陶瓷零件的快速成形方法，其特征在于，所述烧结助剂为碳化钒、碳化铬、碳化钽、碳化铌或碳化铪，所述烧结助剂的质量为所述固体混合粉末质量的0.5％～3％。4.根据权利要求1所述的金属陶瓷零件的快速成形方法，其特征在于，所述光固化单体为环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙醚丙烯酸酯、丙烯酸酯化聚丙烯酸酯，缩水甘油基类、缩水甘油醚类、缩水甘油酯类、脂环族环氧、聚氨酯类环氧、不饱和双键氧化类环氧、芳香族环氧中任一种，所述光固化单体的质量与所述固体混合粉末的质量比为3:2～17:3。5.根据权利要求1所述的金属陶瓷零件的快速成形方法，其特征在于，所述分散剂为聚丙酸钠、聚丙烯、聚苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓明，许海嫚，徐天文，
申请(专利权)人：西安铂力特激光成形技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61