一种结合粘接剂喷射3D打印技术制备金刚石/W-Cu复合材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种结合粘接剂喷射3D打印技术制备金刚石/W

【技术实现步骤摘要】
一种结合粘接剂喷射3D打印技术制备金刚石/W
‑
Cu复合材料的方法


[0001]本专利技术涉及金属基复合材料制备领域，具体涉及一种结合粘接剂喷射3D打印技术制备金刚石/W
‑
Cu复合材料的方法。

技术介绍

[0002]社会经济和科学技术的发展伴随着能源的大量消耗，能源短缺已成为亟待解决的问题。与其他能源相比，热核聚变能源被认为是一种无限丰富的资源，可以解决未来的能源需求。托卡马克装置(Tokamak)是目前为止最有可能成功的可控热核聚变的装置。但在聚变装置中特别是面向等离子体材料(PFM)承受着由于等离子体的放电作用以及高粒子通量和中子负载的热作用所产生的高热量，过高的热载荷将会导致面向等离子材料的高温失效。为了进一步加快传热速度，确保面向等离子体部件的安全性和稳定性，有必要开发先进的热沉材料来提高热导率。W具有高熔点、高硬度、高强度和低热膨胀系数等特点，Cu具有良好的导热和导电性。W
‑
Cu复合材料结合了W和Cu的一系列优良性能，例如高导热性、高硬度和可调的热膨胀系数等，是目前应用于热核聚变装置中较为理想的热沉材料。但是W
‑
Cu复合材料的热导率依然不高，进一步提高复合材料的热导率成为亟待解决的问题之一。
[0003]金刚石的热导率高达2200W
·
m
‑1·
K
‑1，同时具有低的热膨胀系数(0.86
×
10
‑6/℃)。目前，金刚石/W
‑
Cu复合材料的制备方法主要为粉末冶金法、熔渗法、高温高压法。然而，通过这些方法制备的金刚石/W
‑
Cu复合材料均存在形状受限，后续加工不便的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种结合粘接剂喷射3D打印技术制备金刚石/W
‑
Cu复合材料的方法，其通过将金刚石粉与W粉和Cu粉进行混合，利用粘接剂喷射3D打印技术制备金刚石/W
‑
Cu生坯，然后采用无压熔渗技术进行渗Cu，制备出热导率高、复杂形状、收缩小、尺寸精度高的金刚石/W
‑
Cu复合材料，制备流程简单，生产成本低。
[0005]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种结合粘接剂喷射3D打印技术制备金刚石/W
‑
Cu复合材料的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括以下步骤：
[0006](1)将金刚石/W
‑
Cu混合粉末加入到打印设备中，通过粘接剂喷射3D打印设备，打印制得金刚石/W
‑
Cu生坯；
[0007](2)将金刚石/W
‑
Cu生坯放入管式炉中，将熔渗所用的Cu块置于生坯下方，在氩气气氛下进行熔渗，即得到金刚石/W
‑
Cu复合材料。
[0008]另外，根据本专利技术上述实施例的一种结合粘接剂喷射3D打印技术制备金刚石/W
‑
Cu复合材料的方法，还可以具有如下附加的技术特征：
[0009]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤(1)中，金刚石/W
‑
Cu混合粉末的制备方法如下，将金刚石粉、W粉和Cu粉放入混粉机中进行混合即得所述金刚石/W
‑
Cu混合粉末。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述金刚石粉通过机械破碎法制备且粒径为15
‑
30μm，
W粉和Cu粉通过等离子球化法制备且形状为球形，粉末粒径为10
‑
90μm，粉末球形度在95％以上。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述金刚石粉的松装密度为1
‑
2g/cm3，W粉的松装密度为11.5
‑
15.5g/cm3，Cu粉的松装密度为4.5
‑
6.5g/cm3。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤(1)中，金刚石/W
‑
Cu混合粉末中金刚石粉的质量百分比为1％
‑
15％，Cu粉的质量百分比为1％
‑
15％，其余为W粉。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤(1)中，将金刚石/W
‑
Cu混合粉末加入到打印设备中，根据混合粉末的粒度分布和粉末流动性，设定粘结剂饱和度、印刷层厚、重涂速度、振荡器速度以及滚筒横向速度，打印金刚石/W
‑
Cu生坯，打印完成后将金刚石/W
‑
Cu生坯放入固化箱中进行固化以去除粘结剂中的水分。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述粘结剂饱和度为50％
‑
150％、印刷层厚为50
‑
150μm、重涂速度为80
‑
120mm/s、振荡器速度为1500
‑
2500rpm、滚筒横向速度为8
‑
12mm/s。
[0015]在本专利技术的一些实施例中，打印完成后将金刚石/W
‑
Cu生坯放入固化箱中进行固化以去除粘结剂中的水分，所述固化温度为120
‑
200℃，固化时间为2
‑
8h。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤(2)中，熔渗温度为1200
‑
1500℃，保温时间为2
‑
5h，氩气流量为500
‑
1500mL/min，氩气纯度大于99.99％，金刚石/W
‑
Cu复合材料中Cu的质量百分比为15％
‑
30％。
[0017]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种根据所述的结合粘接剂喷射3D打印技术制备金刚石W
‑
Cu复合材料的方法制备得到的金刚石/W
‑
Cu复合材料。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0019](1)本专利技术通过将金刚石添加到W
‑
Cu复合材料中，利用金刚石高的导热性能，提高了W
‑
Cu复合材料的热导率；
[0020](2)本专利技术采用粘接剂喷射3D打印与无压熔渗技术相结合来制备金刚石/W
‑
Cu复合材料，首先通过粘接剂喷射3D打印制备金刚石/W
‑
Cu生坯，之后采用无压熔渗技术对生坯进行渗Cu。在熔渗过程中，生坯内部Cu粉熔化促进W颗粒重排，同时外部Cu液在毛细管力作用下渗透到生坯内部填充生坯内部的孔隙，能够获得组织均匀、结构致密的复合材料。此外，在熔渗过程中，生坯内部的孔隙被外部Cu液填充，获得的复合材料收缩小、尺寸精度高，避免了由于粘结剂喷射3D打印制备的“生坯”密度低，当生坯进行烧结时，样品的收缩大、尺寸精度低的问题。
[0021](3)本专利技术特别适用于复杂形状的近净成形，提高了金刚石/W
‑
Cu复合材料的可设计性和加工性，制备流程简单，生产成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结合粘接剂喷射3D打印技术制备金刚石/W
‑
Cu复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将金刚石/W
‑
Cu混合粉末加入到打印设备中，通过粘接剂喷射3D打印设备，打印制得金刚石/W
‑
Cu生坯；(2)将金刚石/W
‑
Cu生坯放入管式炉中，将熔渗所用的Cu块置于生坯下方，在氩气气氛下进行熔渗，即得到金刚石/W
‑
Cu复合材料。2.根据权利要求1所述的一种结合粘接剂喷射3D打印技术制备金刚石/W
‑
Cu复合材料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，金刚石/W
‑
Cu混合粉末的制备方法如下，将金刚石粉、W粉和Cu粉放入混粉机中进行混合即得所述金刚石/W
‑
Cu混合粉末。3.根据权利要求2所述的一种结合粘接剂喷射3D打印技术制备金刚石/W
‑
Cu复合材料的方法，其特征在于：所述金刚石粉通过机械破碎法制备且粒径为15
‑
30μm，W粉和Cu粉通过等离子球化法制备且形状为球形，粉末粒径为10
‑
90μm，粉末球形度在95％以上。4.根据权利要求2所述的一种结合粘接剂喷射3D打印技术制备金刚石/W
‑
Cu复合材料的方法，其特征在于：所述金刚石粉的松装密度为1
‑
2g/cm3，W粉的松装密度为11.5
‑
15.5g/cm3，Cu粉的松装密度为4.5
‑
6.5g/cm3。5.根据权利要求1所述的一种结合粘接剂喷射3D打印技术制备金刚石/W
‑
Cu复合材料的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，金刚石/W
‑
Cu混合粉末中金刚石粉的质量百分比为1％
‑
15％，Cu粉的质量百分比为1％
‑
15％，其余为W粉。6.根据权利要求1所述的一种结合粘接剂喷射3D打印技术制备金刚石/W...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙建，田云飞，罗来马，吴玉程，
申请(专利权)人：合肥工业大学智能制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：