一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种SLS‑FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法及装置，该方法包括步骤1，打印图形并规划路径；步骤2，将长纤维材料挤出并在工作台上以规划路径来回铺满第一个规划加工面；步骤3，陶瓷基体粉末均匀地铺满当前的规划加工面的长纤维材料上；步骤4，通过激光将挤出的长纤维材料与陶瓷基体粉末进行烧结；步骤5，以垂直上一个加工面的加工方向以规划路径将长纤维材料来回铺满下一个规划加工面，重复步骤3和步骤4；重复步骤5，直至加工完成。该装置适用该方法制备陶瓷基复合材料。该方法制备的陶瓷基复合材料的纤维直径小、连续性好、长度大并且在高温高压下具有较高抗拉强度和刚度，最终得到高质量的陶瓷基复合材料。

A Method and Device for SLS-FDM Composite Fabrication of Ceramic Matrix Composites

【技术实现步骤摘要】
一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法及装置
本专利技术涉及加工方法及加工装置，尤其涉及一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法及装置。
技术介绍
陶瓷基复合材料是陶瓷基体与高强度、高弹性纤维的复合，纤维成分与基体成分相同或相近，用以阻止材料中裂纹的扩展，改善陶瓷的韧性。陶瓷基复合材料具有轻量化、耐高温、高强度等特点，在航空发动机领域有显著的应用。SiC/SiC陶瓷基复合材料由两部分组成：SiC纤维和SiC基体，对于SiC/SiC陶瓷基复合材料来说，SiC纤维是骨架，承担主要的载荷，SiC基体缓冲并将载荷传递给SiC纤维，对SiC纤维有一定的保护作用。因此，对于SiC/SiC陶瓷基复合材料来说，SiC纤维的性能至关重要。选择性激光烧结，简称SLS，是一种被广泛应用的快速成型技术。在成型过程中，材料层层堆叠，激光在每层材料堆叠其间进行扫描烧结，使新粉末与成型基底粘结生长。该方法不受三维零件复杂程度的限制，无需任何工装模具即可制造出零件。熔融沉积制造，简称FDM，是一种将材料在喷头内加热融化同时沿着轮廓填充轨迹挤出成型的增材制造技术，材料迅速凝固并与周围材料相结合。但是单独采用选择性激光烧结或熔融沉积制造进行陶瓷基复合材料的制备其得到的纤维成分的直径不够小、连续性不够好、长度不够大，并且在高温高压下抗拉强度和刚度有限。
技术实现思路
本专利技术提供了一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法及装置，其克服了
技术介绍
中所述的现有技术的不足。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法，它包括如下步骤：步骤1，打印图形并规划路径；步骤2，将长纤维材料挤出并在工作台上以规划路径来回铺满第一个规划加工面；步骤3，陶瓷基体粉末均匀地铺满当前的规划加工面的长纤维材料上；步骤4，通过激光将挤出的长纤维材料与陶瓷基体粉末进行烧结；步骤5，以垂直上一个加工面的加工方向以规划路径将长纤维材料来回铺满下一个规划加工面，重复步骤3和步骤4；重复步骤5，直至加工完成。一实施例之中：该长纤维材料包括长纤维和粘结剂。一实施例之中：该长纤维材料包括SIC纤维和硅基粘结剂。一实施例之中：该陶瓷基体粉末为SIC粉末。一实施例之中：该SIC纤维表面具有掺硅BN涂层。一实施例之中：该掺硅BN涂层的厚度在0.1～0.5μm，Si的质量比例为0.1％～0.5％。一实施例之中：该硅基粘结剂为含有Si、C的有机溶剂，并带有烧结辅助剂，该硅基粘结剂在高温加热以后转化为无机硅并在烧结辅助剂作用下与C反应生成β-SiC相。一实施例之中：该SIC粉末表面包裹硅基有机物。一种用于上述的SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的装置，其特征在于：包括：总控制器及与该总控制器电连接的电机控制器、激光器和激光传导装置，该激光器发出的激光束通过激光传导装置实现二维扫描出射；工作台、用于挤出长纤维材料的FDM工作头、用于铺陶瓷基体粉末的铺粉装置、X轴驱动装置、Y轴驱动装置、Z轴驱动装置及铺粉驱动装置，该工作台与X轴驱动装置相连实现工作台在X轴方向的来回移动，该FDM工作头与Y轴驱动装置和Z轴驱动装置相连实现FDM工作头在Y轴和Z轴方向上的来回移动，该铺粉装置与铺粉驱动装置相连实现铺粉装置在工作台面上的平铺铺粉；该X轴、Y轴和Z轴两两相互垂直。一实施例之中：该激光传导装置包括准直镜、聚焦镜、振镜和F-θ镜，该激光器发出的激光束依次经过该准直镜、聚焦镜、振镜和F-θ镜后聚焦到工作台上，通过控制振镜的偏转，控制激光束在工作台上的移动。一实施例之中：该X轴驱动装置包括第一电机和第一丝杆，该第一丝杆与工作台螺纹传动连接；该Y轴驱动装置包括第二电机和第二丝杆，该第二丝杆与FDM工作头螺纹传动连接；该Z轴驱动装置包括第三电机和第三丝杆，该第三丝杆与FDM工作头传动连接；该铺粉驱动装置包括第四电机和第四丝杆，该第四丝杆与铺粉装置螺纹传动连接；该电机控制器与第一电机、第二电机、第三电机和第四电机电连接。一实施例之中：该铺粉装置设于工作台上方，包括储粉槽和用于铺平陶瓷基粉末层的刮刀。本技术方案与
技术介绍
相比，它具有如下优点：1、本专利技术提出了一种新的陶瓷基复合材料的加工方法，通过本专利技术所述方法制备的陶瓷基复合材料的纤维直径小、连续性好、长度大并且在高温高压下具有较高抗拉强度和刚度，最终得到高质量的陶瓷基复合材料。2、本专利技术所述的制备陶瓷基复合材料的装置结构新颖、简单、操作简便，能够用于实现SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1为本实施例所述的FMD工作头的工作示意图。图2为本实施例所述的用于SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的装置的整体结构示意图。图3为本实施例所述的用于SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的装置的部分结构示意图之一。图4为本实施例所述的用于SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的装置的部分结构示意图之二。具体实施方式请查阅图1至图4，一种用于SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的装置，包括：总控制器300及与该总控制器300电连接的电机控制器10、激光器20和激光传导装置，该激光器20发出的激光束通过激光传导装置实现二维扫描出射；工作台40、用于挤出长纤维材料的FDM工作头50、用于铺陶瓷基体粉末的铺粉装置60、X轴驱动装置、Y轴驱动装置、Z轴驱动装置及铺粉驱动装置，该工作台40与X轴驱动装置相连实现工作台在X轴方向的来回移动，该FDM工作头50与Y轴驱动装置和Z轴驱动装置相连实现FDM工作头50在Y轴和Z轴方向上的来回移动，通过控制工作台X轴的走向和FDM工作头Y轴及Z轴的走向能实现FDM工作头50相对工作台40形成空间三维的走势。该铺粉装置60与铺粉驱动装置相连实现铺粉装置60在工作台40面上的来回平铺铺粉；该X轴、Y轴和Z轴两两相互垂直。该FDM工作头50可采用现有熔融沉积制造设备的工作头。该FDM工作头50连接一储料槽400，该储料槽400用于给FDM工作头50供料。该激光传导装置包括准直镜71、聚焦镜72、振镜73和F-θ镜74，该激光器20发出的激光束依次经过该准直镜71、聚焦镜72、振镜73和F-θ镜74后聚焦到工作台40上，通过控制振镜73的偏转，控制激光束在工作台40上的二维移动。该X轴驱动装置包括第一电机81和第一丝杆82，该第一丝杆82与工作台40螺纹传动连接；该Y轴驱动装置包括第二电机91和第二丝杆92，该第二丝杆92与FDM工作头50螺纹传动连接；该Z轴驱动装置包括第三电机101和第三丝杆102，该第三丝杆102与FDM工作头50传动连接；该铺粉驱动装置包括第四电机201和第四丝杆202，该第四丝杆202与铺粉装置60螺纹传动连接；该电机控制器10与第一电机、第二电机、第三电机和第四电机电连接。该铺粉装置60设于工作台40上方，包括储粉槽61和用于铺平陶瓷基粉末层的刮刀62。优选地，该工作台40下方连接有一升降台30，用于调节工作台40的升降。结合上述的制备装置，一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法，它包括如下步骤：步骤1，可通过总控制器300打印图形并规划路径，该规划路径为FDM工作头50的行走路径，本实施例中，该路径为Z字形路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SLS‑FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，打印图形并规划路径；步骤2，将长纤维材料挤出并在工作台上以规划路径来回铺满第一个规划加工面；步骤3，陶瓷基体粉末均匀地铺满当前的规划加工面的长纤维材料上；步骤4，通过激光将挤出的长纤维材料与陶瓷基体粉末进行烧结；步骤5，以垂直上一个加工面的加工方向以规划路径将长纤维材料来回铺满下一个规划加工面，重复步骤3和步骤4；重复步骤5，直至加工完成。

【技术特征摘要】
1.一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，打印图形并规划路径；步骤2，将长纤维材料挤出并在工作台上以规划路径来回铺满第一个规划加工面；步骤3，陶瓷基体粉末均匀地铺满当前的规划加工面的长纤维材料上；步骤4，通过激光将挤出的长纤维材料与陶瓷基体粉末进行烧结；步骤5，以垂直上一个加工面的加工方向以规划路径将长纤维材料来回铺满下一个规划加工面，重复步骤3和步骤4；重复步骤5，直至加工完成。2.根据权利要求1所述的一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：该长纤维材料包括长纤维和粘结剂。3.根据权利要求2所述的一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：该长纤维材料包括SIC纤维和硅基粘结剂。4.根据权利要求3所述的一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：该陶瓷基体粉末为SIC粉末。5.根据权利要求3所述的一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：该SIC纤维表面具有掺硅BN涂层。6.根据权利要求5所述的一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：该掺硅BN涂层的厚度在0.1～0.5μm，Si的质量比例为0.1％～0.5％。7.根据权利要求3所述的一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：该硅基粘结剂为含有Si、C的有机溶剂，并带有烧结辅助剂，该硅基粘结剂在高温加热以后转化为无机硅并在烧结辅助剂作用下与C反应生成β-SiC相。8.根据权利要求4所述的一种SLS-FDM复合制备陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：该SIC粉末表面包裹硅基有机物。9.一种用...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜丙功，江开勇，吕培杰，靳玲，胡奔，康磊，张炳威，路平，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35