一种连续纤维结合短碳纤维增韧陶瓷基复合材料成型方法技术

本发明专利技术公开了一种连续纤维结合短碳纤维增韧陶瓷基复合材料成型方法，本发明专利技术将陶瓷先驱体、有机溶剂和短切碳纤维混合作为直写浆料，将直写浆料装入同轴喷头的外筒，连续纤维装入同轴喷头的内筒，使最终打印出的素坯具备“芯壳”结构，即中心部为连续纤维，“外壳”为短碳纤维增韧陶瓷基体，陶瓷基体通过陶瓷先驱体裂解转化而来，短碳纤维在基体中定向分布，外层的短碳纤维是定向排布的，因此可以极大地提高陶瓷材料的韧性。3D打印技术使得陶瓷先驱体能够快速精确的成型，同时借助先驱体转化法，在高温烧结过程中，不同的烧结环境可制得不同成分的陶瓷材料基体，使得原始材料有较大的选择余地。

A Forming Method of Continuous Fiber-bonded Short Carbon Fiber Toughened Ceramic Matrix Composites

【技术实现步骤摘要】
一种连续纤维结合短碳纤维增韧陶瓷基复合材料成型方法
本专利技术属于纤维增强陶瓷基复合材料打印领域，具体涉及一种连续纤维结合短碳纤维增韧陶瓷基复合材料成型方法。
技术介绍
纤维增韧陶瓷基复合材料是一种兼有金属材料、陶瓷材料性能优点的热结构/功能一体化新型材料，它克服了陶瓷材料密度大、脆性大以及可靠性差等缺点。现阶段，关于连续纤维增韧陶瓷基复合材料的研究较多，短碳纤维增韧陶瓷的研究较少。连续纤维对陶瓷基复合材料的韧性提高有着显著的效果，不过目前的研究主要集中在首先制备连续纤维预制体，然后合成陶瓷基复合材料。然而利用这种方法，纤维与陶瓷基体不能同时成型，最终得到的陶瓷基复合材料的精度受限于预先编织的纤维预制体。另一方面短碳纤维虽然可以与陶瓷基体同时成型，但是增韧效果欠佳。直写成型技术由美国Sandia国家实验室CesaranoJ等首次提出。使用三维建模软件建立打印零件模型，并导入3D打印机，利用气压、柱塞或螺杆将浆料从喷嘴挤出，喷嘴和基板平台按照程序的设定产生相对运动，使挤出的丝材按一定轨迹在基板层层铺放，得到打印素坯。该技术使产品加工周期缩短、研制的成本降低，对促进企业产品创新、提高产品本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续纤维结合短碳纤维增韧陶瓷基复合材料成型方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将陶瓷先驱体溶于有机溶剂中，得到陶瓷先驱体质量分数为50％的陶瓷先驱体溶液，取质量比为(4‑10):5的陶瓷先驱体和短切碳纤维，将短切碳纤维加入到陶瓷先驱体溶液中，搅拌蒸发陶瓷先驱体溶液，制得在1s

【技术特征摘要】
1.一种连续纤维结合短碳纤维增韧陶瓷基复合材料成型方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，将陶瓷先驱体溶于有机溶剂中，得到陶瓷先驱体质量分数为50％的陶瓷先驱体溶液，取质量比为(4-10):5的陶瓷先驱体和短切碳纤维，将短切碳纤维加入到陶瓷先驱体溶液中，搅拌蒸发陶瓷先驱体溶液，制得在1s-1剪切速率下，粘度为1000-5000Pa·s的短碳纤维混合先驱体浆料；步骤二，将短碳纤维混合先驱体浆料离心，得到直写浆料，然后装入3D打印机的气压供料装置中；步骤三，将连续纤维装到纤维输送装置上，然后把连续纤维的始端置入同轴喷头的内筒中，并使之越过同轴喷嘴的出口，同轴喷头的外筒连接气压供料装置；步骤四，启动3D打印机，打印出纤维含量占总质量10％-40％的所需零件素坯；步骤五，素坯干燥后进行交联固化；步骤六，固化后进行高温裂解，得到陶瓷坯体；步骤七，采用步骤一中相同的陶瓷先驱体溶液对陶瓷坯体进行浸渍处理，然后经烘干或晾干后交联固化，然后进行高温烧结；步骤八，重复若干次步骤七，使陶瓷零件致密化，即完成连续纤维结合短碳纤维增韧陶瓷基复合材料零件的成型。2.根据权利要求1所述的一种连续纤维结合短碳纤维增韧陶瓷基复合材料成型方法，其特征在于，步骤一中，陶瓷先驱体为固态或液态，陶瓷先驱体为聚碳硅烷、聚硅氧烷或聚硅氮烷。3.根据权利要求1所述的一种连续纤维结合短碳纤维增韧陶瓷基复合材料成型方法，其特征在于，步骤一中，有机溶剂为正己烷、环己烷、正庚烷、正辛烷和石油醚中的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁中良，随雨浓，夏园林，赵洪炯，苗恺，李涤尘，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61