制造陶瓷制品的方法，含金属成分的液体，制造陶瓷制品的套件和陶瓷制品技术

提供了一种用于制造陶瓷制品的方法，该方法包括(i)用能量束照射主要包含陶瓷材料的粉末的步骤，从而将所述粉末烧结或熔化并凝固成固化部分，其中将该步骤重复预定次数以便将所得固化部分依次地结合在一起从而获得陶瓷造型物体；(ii)使成形的陶瓷物体吸收含金属成分的液体的步骤，所述液体包含无机颗粒，该无机颗粒含有金属元素；和(iii)加热已吸收含金属成分的液体的成形陶瓷物体的步骤。成分的液体的成形陶瓷物体的步骤。成分的液体的成形陶瓷物体的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造陶瓷制品的方法，含金属成分的液体，制造陶瓷制品的套件和陶瓷制品


[0001]本专利技术涉及用于吸收到由增材制造技术制造的陶瓷成形物体中的含金属成分的液体，特别是通过粉末床熔合工艺和定向能量沉积工艺，涉及使用含金属成分的液体制造陶瓷制品的方法，用于制造包含所述含金属成分的液体的陶瓷制品的套件，以及陶瓷制品。

技术介绍

[0002]为了在短时间内制造原型或制造少量部件，已经广泛地使用增材制造技术，其中基于要形成的物体的三维数据用能量束照射原料粉末以结合原料粉末并制造期望的物体。在使用金属粉末作为原料的成形(金属成形)中，已经广泛地使用粉末床熔合工艺，并且获得了致密和各种形状的金属制品。通过有效地熔化并凝固金属粉末来实现成形的金属制品的高致密度。基于金属成形的成功，已经讨论了将增材制造技术应用于陶瓷材料，并且已经报道了许多方法。
[0003]不同于金属，常见的金属氧化物(例如氧化铝和氧化锆)具有低的吸收激光束的能力。为了以与金属粉末相同的方式熔化金属氧化物粉末，需要输入更多能量。然而，激光束扩散从而引起不均匀的熔化；因此，难以获得高的造型精度。
[0004]另外，由于金属氧化物的低热导率，在凝固期间产生大的热应力从而形成裂纹，导致成形物体的机械强度降低。
[0005]在此类情况下，专利文献1记载了通过如下方式使热应力松弛：用预热激光束加热要熔化的粉末和周围的粉末，使得在使用成形激光束照射之前和之后所述粉末不熔化。已经公开了一种技术，其中通过使用Al2O3‑
ZrO2共晶系统(共晶系统)组合物的粉末来降低熔化温度，以减少用于熔化以松弛热应力所需的能量，并且形成相分离结构从而抑制裂纹的扩展。还公开了一种用于通过熔化玻璃粉末并使熔融玻璃渗透到成形物体中以便用玻璃填充裂纹来改进成形物体的机械强度的技术。引文列表专利文献
[0006]PTL 1：PCT日本专利公开第2013
‑
501701号

技术实现思路

技术问题
[0007]根据专利文献1，通过在预热时进行成形来获得具有优异机械强度的成形物体。然而，从利用成形激光束照射的部分扩散的光可能加热并熔化照射部分附近的一部分粉末，该部分在一定程度上已经被所述预热加热到高温)。因此，未用成形激光束照射的部分被成形，并且难以通过选择性地熔化用成形激光束照射的部分来获得高造型精度。此外，即使当使用具有Al2O3‑
ZrO2共晶组成的粉末时，在没有预热的情况下形成并且然后用玻璃渗透的成形物体具有小于50MPa的低弯曲强度。
[0008]为了解决这些问题，在使用增材制造技术制造陶瓷制品中，本专利技术提供了一种用于制造陶瓷制品的方法，以实现成形物体的改善的机械强度且同时实现高的造型精度和形状精度，用于该制造方法中的含金属成分的液体，以及用于制造陶瓷制品的套件(kit)。
[0009]本专利技术还提供了一种陶瓷制品，其可以具有自由设计的形状，这是应用增材制造技术的优点，并且所述陶瓷制品具有优异的造型精度、形状精度和机械强度。问题的解决方案
[0010]本专利技术的第一方面涉及提供一种用于制造陶瓷制品的方法，所述方法包括：(i)用能量束照射含陶瓷材料作为主要成分的粉末以烧结或熔化并凝固所述粉末的步骤，由此形成固化部分以提供成形的陶瓷物体；(ii)使成形的陶瓷物体吸收含金属成分的液体的步骤，所述液体包含含有金属元素的无机颗粒；和(iii)热处理已吸收含金属成分的液体的成形陶瓷物体的步骤。
[0011]本专利技术的第二方面涉及提供一种含金属成分的液体，其用于修复通过使用能量束的增材制造方法形成的成形陶瓷物体中的裂纹，所述含金属成分的液体含有溶剂和无机颗粒，所述无机颗粒含有金属元素并且具有300nm以下的平均粒径，其中所述金属元素的氧化物能够与所述成形陶瓷物体中包含的至少一种化合物形成共晶体。
[0012]本专利技术的第三方面涉及提供一种用于使用能量束通过增材制造方法制造陶瓷制品的陶瓷制品制造套件，所述陶瓷制品制造套件包括粉末和含金属成分的液体，所述粉末含有陶瓷材料作为主要成分，其中所述含金属成分的液体含有溶剂以及含金属元素的无机颗粒，并且所述金属元素的氧化物能够与由所述粉末形成的成形陶瓷物体中包含的化合物形成共晶体。
[0013]本专利技术的第四方面涉及提供一种通过增材制造技术制造的陶瓷制品，所述陶瓷制品包括三种相，这些相含有至少一种共同的金属元素，其中所述三种相中的至少两种是复合化合物的相。专利技术的有利效果
[0014]根据本专利技术，可以通过增材制造方法制造具有高精度和优异机械强度的陶瓷制品。
附图说明
[0015]图1A示意性地示出了使用粉末床熔合工艺制造陶瓷制品的过程。图1B示意性地示出了使用粉末床熔合工艺制造陶瓷制品的过程。图1C示意性地示出了使用粉末床熔合工艺制造陶瓷制品的过程。图1D示意性地示出了使用粉末床熔合工艺制造陶瓷制品的过程。图1E示意性地示出了使用粉末床熔合工艺制造陶瓷制品的过程。图1F示意性地示出了使用粉末床熔合工艺制造陶瓷制品的过程。图1G示意性地示出了使用粉末床熔合工艺制造陶瓷制品的过程。图1H示意性地示出了使用粉末床熔合工艺制造陶瓷制品的过程。图2A示意性地示出使用定向能量沉积工艺制造陶瓷制品的过程。图2B示意性地示出使用定向能量沉积工艺制造陶瓷制品的过程。
图2C示意性地示出使用定向能量沉积工艺制造陶瓷制品的过程。图3是相图的实例，其示出当成分X和成分Y处于共晶关系时成分X与成分Y的组成比率与该组成比率下的温度和状态之间的关系。图4A是示出在本专利技术的实施例中用激光照射层且同时用激光扫描该层的过程的示意性透视图。图4B是示出用激光照射在图4A之后要形成的层且同时用激光扫描该层的过程的示意性透视图。图5是在实施例1中获得的陶瓷制品的光学显微镜图像。
具体实施方式
[0016]虽然下面将参照附图描述本专利技术的实施方案，但本专利技术不限于以下具体实例。
[0017]根据本专利技术的用于制造陶瓷制品的方法可以通过使由增材制造方法成形的陶瓷物体经受使用含金属成分的液体的适当处理来提供具有优异的造型精度、形状精度和机械强度的陶瓷制品。具体地，含金属成分的液体被吸收到通过增材制造方法获得的成形陶瓷物体中的裂纹中，然后进行热处理以便仅局部地熔化开裂部分附近的区域，从而减少或消除裂纹。
[0018]增材制造技术是通过基于待形成的造型模型的三维形状数据结合材料来形成物体的工艺。在许多情况下，采用使层状材料结合的方法。使用增材制造技术能够制造具有复杂形状或精细形状的陶瓷制品，这样的陶瓷制品难以通过常规方法来制造，诸如模制方法或去除加工，例如切削。根据本专利技术的制造陶瓷制品的方法包括使用粉末床熔合工艺或定向能量沉积工艺(所谓的熔覆工艺)的增材制造技术。本专利技术的含金属成分的液体适合用于通过增材制造使用粉末床熔合工艺或定向能量沉积工艺形成的成形物体。
[0019]将描述一种用于制造陶瓷制品的方法，所述方法包括使用含金属成分的液体的处理步骤，然后将描述由上述制造方法制造的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造陶瓷制品的方法，该方法包括：(i)用能量束照射含陶瓷材料作为主要成分的粉末以烧结或熔化并凝固所述粉末的步骤，由此形成固化部分以提供成形的陶瓷物体；(ii)使成形的陶瓷物体吸收含金属成分的液体的步骤，所述液体包含含有金属元素的无机颗粒；和(iii)加热已吸收含金属成分的液体的成形陶瓷物体的步骤。2.根据权利要求1所述的用于制造陶瓷制品的方法，其中所述金属元素的氧化物和所述成形陶瓷物体中包含的至少一种成分处于可形成共晶体的关系。3.根据权利要求2所述的用于制造陶瓷制品的方法，其中所述金属元素的氧化物能够与所述成形陶瓷物体的主要成分形成共晶体。4.根据权利要求2或3所述的用于制造陶瓷制品的方法，其中所述步骤(iii)中的热处理的温度高于或等于所述成形陶瓷物体包含的至少一种化合物与所述金属元素的氧化物的共晶点。5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于制造陶瓷制品的方法，其中所述无机颗粒具有300nm以下的平均粒径。6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制造陶瓷制品的方法，其中所述无机颗粒是金属元素的氧化物。7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于制造陶瓷制品的方法，其中所述粉末的主要成分是氧化铝或氧化硅。8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造陶瓷制品的方法，其中所述粉末包含稀土元素的氧化物。9.根据权利要求8所述的用于制造陶瓷制品的方法，其中所述稀土元素的氧化物是选自氧化钆、氧化钇、氧化铽和氧化镨中的至少一种。10.根据权利要求1至9中任一项所述的用于制造陶瓷制品的方法，其中所述粉末的主要成分是氧化硅，并且所述金属元素的氧化物是氧化锆或氧化铝。11.根据权利要求1至9中任一项所述的用于制造陶瓷制品的方法，其中所述粉末的主要成分是氧化铝，并且所述金属元素的氧化物是氧化锆或氧化硅。12.根据权利要求1至11中任一项所述的用于制造陶瓷制品的方法，其中所述步骤(i)中的能量束是激光束或电子束。13.一种含金属成分的液体，其用于修复使用能量束通过增材制造方法形成的成形陶瓷物体中的裂纹，所述含金属成分的液体包含:溶剂和无机颗粒，所述无机颗粒含有金属元素并且具有300nm以下的平均粒径；其中所述金属元素的氧化物是能够与所述成形陶瓷物体中所含的至少一种化合物形成共晶体的氧化物。14.根据权利要求13所述的含金属成分的液体，其中所述金属元素的氧化物能够与所述成形的陶瓷物体的主要成分形成共晶体。15.根据权利要求13或14所述的含金属成分的液体，其中所述成形陶瓷物体的主要成分是氧化物。16.根据权利要求13至15中任一项所述的含金属成分的液体，其中所述金属氧化物的
熔点T
i
高于所述成形陶瓷物体的一种成分的熔点T
m
，所述一种成分能够与所述金属元素的氧化物形成共晶体。17.根据权利要求13至16中任一项所述的含金属成分的液体，其中所述无机颗粒具有100nm以下的平均粒径。18.根据权利要求13至17中任一项所述的含金属成分的液体，其中所述无机颗粒含有所述金属元素的氧化物。19.根据权利要求13至18中任一项所述的含金属成分的液体，其中所述金属元素的氧化物是氧化锆、氧化铝或氧化硅。20.根据权利要求13至19中任一项所述的含金属成分的液体，其中所述溶剂是有机溶剂、水或其混合物。21.根据权利要求13至20中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：大志万香菜子，安居伸浩，清水康志，小谷佳范，村上俊介，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：