梯度多孔钨的制备方法及用于发汗冷却的梯度多孔钨零件技术

本发明专利技术公开了一种梯度多孔钨的制备方法及用于发汗冷却的梯度多孔钨零件，该制备方法通过搭配多种不用粒径的钨粉，采用送粉粘结剂喷射成形设备进行送粉

【技术实现步骤摘要】
梯度多孔钨的制备方法及用于发汗冷却的梯度多孔钨零件


[0001]本专利技术涉及多孔材料制备
，具体是一种梯度多孔钨的制备方法及用于发汗冷却的梯度多孔钨零件
。

技术介绍

[0002]多孔材料具有密度小
、
比表面积大
、
抗冲击性能高
、
通透性好
、
具有一定的导热和渗透性等优点，广泛应用于航空航天
、
军工
、
汽车
、
电子等领域
。
用于材料的过滤
、
渗透
、
分离
、
催化等工艺过程中，制备过滤材料的载体
、
多孔电极材料
、
热防护材料
、
减震吸能材料和催化剂，同时用于制备多功能的复合材料和填充材料
。
多孔钨作为多孔体或多孔基体在各种电力电子
、
航空航天及其他高温领域具有广泛应用
。
[0003]随着超声速飞行器的进一步提速，对热防护技术提出了更高的要求，高温热气流冲击易导致飞行器部件损坏，发展稳定高效的热防护技术成为该领域的关键技术
。
发汗冷却作为一种仿生技术，是模仿生物发汗散热冷却进行自身调节的功能
。
即材料在高温环境下工作时，通过自身“出汗”降低温度，达到热防护目的
。
多孔发汗材料主要是通过产生一定孔隙率的制备工艺得到多孔结构，利用开孔孔隙实现液体或气体冷却剂的传输，在液体火箭发动机方面具有广阔的应用前景
。
发汗冷却作为一种有效的热防护技术，具有良好的需求和应用前景，因此，迫切需要开展发汗材料的制备研究，促进发汗冷却技术在液体发动机领域的应用
。
[0004]发汗冷却在应用过程中存在局部过热现象，导致局部流阻增大，冷却剂流量降低，传热恶化，均匀的多孔发汗材料对于局部受热，不能有效散热，热防护效果不佳，研究表明高性能的梯度多孔结构成为重要的发展方向
。
目前对于梯度多孔钨的制备方法有：采用电火花切割
、
电火花腐蚀或离子冲击等加工多孔金属表面，其孔隙主要集中在表面；或者通过造孔剂的多少控制孔隙占比，现有技术中一种采用干粉静压制备梯度多孔碳化硅陶瓷的方法，通过加入不同比例的造孔剂制备梯度孔隙结构，该方法存在层间结合不佳的问题，容易导致层间开裂
。
专利
CN 107604188 A
采用不同粒径粉末搭配制备梯结构，但该方法采用在模具中手动铺粉压制成形，难以控制分界层精度及层间结合效果，尤其对度多孔钨于复杂结构件的多阶梯度成形较困难
。
[0005]上述方法制备的梯度多孔机构在控制孔隙的均匀性和梯度可控性和梯度界面结合等方面存在明显不足，尤其是对于难熔金属钨的梯度多孔结构制备更加困难，因此，需要探索新方法和技术实现多孔钨的制备
。

技术实现思路

[0006]本专利技术公开了一种梯度多孔钨的制备方法及用于发汗冷却的梯度多孔钨零件，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题
。
[0007]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种梯度多孔钨的制备方法，该制备方法具体包括以下步骤：
[0008]S1)
以两种或两种以上不同的粒径的钨粉作为原料，采用气流磨分散处理，得到不同粒径的近球形粉末；
[0009]S2)
准备打印模型，设置打印参数，沿构建方向分成
N
阶梯度多孔结构，将
S1)
得到的不同粒径的近球形粉末进行层层铺粉
、
粘结，固化后得到粒径分布呈梯度变化的生坯；
[0010]S3)
将
S2)
得到的生坯采用热脱脂工艺处理，同时进行烧结，即得到梯度多孔钨
。
[0011]进一步，所述
S1)
的具体步骤为：
[0012]S1.1)
选取两种或两种以上不同的粒径的市售商业钨粉，备用；
[0013]S1.2)
将
S1.1)
选取的不同粒径的钨粉分别采用流化式气流磨设备对团聚粉末研磨分散处理，气流磨处理后的得到粉末粒径分布跨度值在
1.0
‑
1.6
之间的近球形粉末
。
[0014]进一步，所述
S1.1)
中的不同钨粉粒径为1‑
10
μ
m
，纯度
99.9
％以上；
[0015]S1.2)
中研磨过程中，充入高纯氮气作为保护气氛，研磨压力为
0.5
‑
0.75MPa
，调节气流磨分选轮频率
50
‑
200Hz。
[0016]进一步，所述
S2)
的具体步骤为：
[0017]S2.1)
根据产品零件形状尺寸要求设计三维模型，然后进行切片处理得到
STL
格式的切片数据，将切片数据导入
3D
打印机中；
[0018]S2.22)
将粘结剂加入墨盒，根据梯度打印模型的高度计算对应粒径的粉末用量，将
S1
制备好的近球形粉末分别加入粉料仓；
[0019]S2.23)
设置打印参数，启动程序，按照加载模型进行打印，先铺一层近球形粉末，喷头按照模型的切片图案喷射粘结剂，一层粉末一层粘结剂层层累积；
[0020]S2.24)
第一种粒径粉末打印完成后进行换粉，将第二种粒径粉末加入粉料仓，继续打印，按照上述顺序依次打印
N
种粒径粉末，直至生坯打印完成；
[0021]S2.24)
打印完成后，将生坯所在区域移至烘箱中加热固化，固化温度
150
‑
200℃
，固化时间1‑
3h
，即得到粒径分布呈梯度变化的生坯
。
[0022]进一步，所述
S2.23)
中的打印参数为：打印层厚
0.05
‑
0.15mm
，铺粉速度为
20
‑
100mm/s
，粘结剂饱和度为
50
‑
90
％；
[0023]S2.24)
中每种粒径打印高度可调范围为零件总高度的0‑
100
％，高度偏差控制在
0.1mm
以内
。
[0024]进一步，所述打印参数为：所述粘结剂为粘度在4‑
15cps
的环保型水基粘结剂
。
[0025]进一步，所述环保型水基粘结剂的各个组份的质量百分比为：
PVP
：3‑
12wt
％，增强剂聚乙二醇2‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种梯度多孔钨的制备方法，其特征在于，所述制备方法具体包括以下步骤：
S1)
以两种或两种以上不同粒径的钨粉作为原料，采用气流磨分散处理，得到不同粒径的近球形粉末；
S2)
准备打印模型，设置打印参数，沿构建方向分成
N
阶梯度多孔结构，
N
的取值范围为2‑5，将
S1)
得到的不同粒径的近球形粉末进行层层铺粉
、
粘结，固化后得到粒径分布呈梯度变化的生坯；
S3)
将
S2)
得到的生坯采用热脱脂工艺处理，同时进行烧结，即得到梯度多孔钨
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述
S1)
的具体步骤为：
S1.1)
选取两种或两种以上不同的粒径的钨粉，备用；
S1.2)
将
S1.1)
选取的不同粒径的钨粉分别采用流化式气流磨设备对团聚粉末研磨分散处理，气流磨处理后的得到粉末粒径分布跨度值在
1.0
‑
1.6
之间的近球形粉末
。3.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述
S1.1)
中的不同钨粉粒径为1‑
10
μ
m
，纯度
99.9
％以上；
S1.2)
中研磨过程中，充入高纯氮气作为保护气氛，研磨压力为
0.5
‑
0.75MPa
，调节气流磨分选轮频率
50
‑
200Hz。4.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述
S2)
的具体步骤为：
S2.1)
根据产品需求设计三维模型，并将设计好的三维模型导入
3D
打印机中；
S2.22)
将粘结剂加入墨盒，根据梯度打印模型的高度计算对应粒径的粉末用量，将
S1)
制备好的近球形粉末分别加入粉料仓；
S2.23)
设置打印参数，启动程序，按照加载模型进行打印，先铺一层近球形粉末，喷头按照模型的切片图案喷射粘结剂，一层粉末一层粘结剂层层累积；
S2.24)
第一种粒径粉末打印完成后进行换粉，将第二种粒径粉末加入粉料仓，继续打印，重复
S2.23)
到
S2.24)
步骤依次打印
N
种粒径粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘俊明，章林，张鹏，李星宇，梅恩，赵新，李腾飞，李振亮，闫晓丹，贾乙，
申请(专利权)人：北京恒创增材制造技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：