【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料领域，特别是涉及到一种铝碳化硅复合材料结构件的制备方法。
技术介绍
1、铝碳化硅复合材料结合了金属与陶瓷的优点，有低密度、高导热、高模量、高刚度、高硬度等优点，大量应用于航空航天结构件、光学及精密仪器结构件、微波器件及热管理器件中，是一种十分重要的金属基陶瓷复合材料。
2、但碳化硅的加入在提升复合材料性能的同时，也带来了烧结、制备的难题。对于中低碳化硅含量的铝碳化硅复合材料，即碳化硅含量5-45％的铝碳化硅复合材料，一般采用热压烧结、搅拌铸造、压力浸渗等工艺，但是这些工艺难以制备复杂形状的铝碳化硅结构件，大大限制了铝碳化硅复合材料的应用。
3、相比于传统制备工艺，增材制造技术在制备复杂结构件上有很大的优势。目前，通过激光sls技术制备铝碳化硅复杂结构件的工艺取得了较大的进展，但由于碳化硅与铝合金的浸润性很差，当碳化硅含量提高到30％以上时，结构件的致密度很难超90％。对于其它3d打印技术，如挤出式3d打印、3dp等，在使用传统常压烧结工艺时，同样难以得到高致密烧结的铝碳化硅复杂结构件。
4、对于难烧结材料，热等静压烧结技术是一种非常有效的烧结工艺，通过在烧结过程中施加100mpa以上的压力，可以大大促进材料的致密化，降低烧结温度。但对于致密度小于98％的产品，在热等静压前必须在表面包覆一层包套，以避免等静压介质进入产品孔隙中，阻碍材料致密化。包套材料一般采用有一定延展性、可以承受烧结温度的金属。对于3d打印复杂结构的目标产品生坯，包套的结构复杂度大大提高了制备成本，结构复
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是如何制造结构复杂的铝碳化硅复合材料结构件，以及如何提高产品致密度。
2、本专利技术提供一种高致密化铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、分别将两种浆料的粉料、溶剂、分散剂、粘结剂通过球磨制浆方式分散均匀，真空除泡后得到a浆料和b浆料，所述a浆料的粉料包括碳化硅粉、铝粉和/或铝合金粉，所述b浆料的粉料为铝和/或铝合金粉；
4、s2、针对目标产品进行3d建模，使用双喷头3d打印机打印带包套的生坯，其中产品部分使用所述a浆料打印，包套部分使用所述b浆料打印；
5、s3、将生坯进行固化；
6、s4、将固化的生坯在第一预烧结温度，真空气氛下进行第一次预烧结，再升温至第二预烧结温度，真空气氛下进行第二次预烧结；
7、s5、将预烧结后的产物进行热等静压烧结；
8、s6、去除热等静压烧结后产物的包套，得到铝碳化硅复合材料结构件。
9、本专利技术采用挤出式3d打印技术同步打印包套与目标结构件，通过预烧结使包套层达到热等静压烧结要求，而后进行热等静压烧结，解决铝碳化硅复杂构件制造困难问题，同时保证产品有很高的致密度。
10、优选的是，步骤s4中，所述第一次预烧结的所述第一预烧结温度为250-400℃，保温时间为2-20h，所述第二次预烧结的所述第二预烧结温度为520-660℃，保温时间为1-10h。采用两段式预烧结工艺，真空下的第一段预烧结一方面使有机物分解，另一方面也在包套致密化前除去构件中的气体，以保证后续热等静压的效果，第二段预烧结则可使包套材料实现致密化，而对于难烧结的铝合金/碳化硅复合材料材料，也能实现一定程度的烧结，从而减少了后续热等静压的需要的时间。
11、优选的是，步骤s5中，热等静压烧结温度为400-600℃，压力为50-300mpa，保温时间为0.5-4h。预烧结完成后，包套材料接近完全致密，可以在热等静压烧结过程中发挥包套作用，铝合金/碳化硅复合材料在热等静压烧结过程中达到高致密度。
12、优选的是，步骤s3中，固化条件为在10-120℃下固化10-48h。固化过程在温和条件下进行，使得生坯初步干燥定形。
13、优选的是，步骤s1中，所述a浆料的粉料中碳化硅粉质量占比为5-50wt％。加入碳化硅可以提高复合材料的强度、硬度、导热性和模量，优化了铝碳化硅复合材料结构件的性能。
14、优选的是，步骤s1中，所述a浆料的粉料中碳化硅粉粒径为1-100μm，铝粉粒径为1-100μm，铝合金粉粒径为1-100μm，所述b浆料的粉料中铝粉粒径为1-100μm，铝合金粉粒径为1-100μm。
15、本专利技术对原料的粉料粒径进行控制，粒径过大则在分散过程中浆料容易结块、分散不均匀，将原料颗粒粒径控制在一定范围内有助于均匀分散浆料和减少分散时间，同时该范围粒径的粉料烧结体性能更优。
16、优选的是，步骤s1中，所述a浆料中粉料、溶剂、分散剂、粘结剂的质量比为50-90：10-40：0.1-5：1-10，所述b浆料中粉料、溶剂、分散剂、粘结剂的质量比为50-90：10-40：0.1-5：1-10。
17、优选的是，步骤s1中，所述a浆料和所述b浆料的所述溶剂为水和/或酒精，所述分散剂选自氨水、聚乙二醇、聚丙烯酸盐、六磷偏酸钠、磷酸酯、byk系列、司班系列中的一种或几种，所述粘结剂选自聚丙烯酸、丙烯酸乳液、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。
18、本专利技术选用的粉料、溶剂、分散剂、粘结剂通过配比设计部分组合会形成分散更均匀的浆料。
19、优选的是，步骤s2中，设计包套的厚度为0.5-5mm。合适范围的包套厚度可以更好传递压力，有利于减少烧结时间，还可以阻碍结构件在烧结过程中因升温过快导致裂纹扩张，进一步提高产品致密度。
20、优选的是，步骤s6中，通过机械法或化学腐蚀法去除包套。
21、本专利技术的有益效果是：本专利技术结合了3d打印技术、预烧结技术和热等静压烧结技术，解决了铝碳化硅复合材料复杂结构件制造困难的难题，该制备方法具有操作简便、形状可控、效率高、产品致密度高等优点。
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1.一种铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.权利要求1所述的铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述第一次预烧结的所述第一预烧结温度为250-400℃，保温时间为2-20h，所述第二次预烧结的所述第二预烧结温度为520-660℃，保温时间为1-10h。
3.根据权利要求2所述的铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，热等静压烧结温度为400-600℃，压力为50-300MPa，保温时间为0.5-4h。
4.根据权利要求1所述的铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，固化条件为在10-120℃下固化10-48h。
5.根据权利要求1所述的铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述A浆料的粉料中碳化硅粉质量占比为5-50wt％。
6.根据权利要求5所述的铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述A浆料的粉料中碳化硅粉粒径为1-100μm，铝粉粒径为1-100μm，铝合金粉粒径为1
7.根据权利要求1所述的铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述A浆料中粉料、溶剂、分散剂、粘结剂的质量比为50-90：10-40：0.1-5：1-10，所述B浆料中粉料、溶剂、分散剂、粘结剂的质量比为50-90：10-40：0.1-5：1-10。
8.根据权利要求7所述的铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述A浆料和所述B浆料的所述溶剂为水和/或酒精，所述分散剂选自氨水、聚乙二醇、聚丙烯酸盐、六磷偏酸钠、磷酸酯、BYK系列、司班系列中的一种或几种，所述粘结剂选自聚丙烯酸、丙烯酸乳液、聚甲基丙烯酸甲酯、环氧聚丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，设计包套的厚度为0.5-5mm。
10.根据权利要求1所述的铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤S6中，通过机械法或化学腐蚀法去除包套。
...【技术特征摘要】
1.一种铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.权利要求1所述的铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述第一次预烧结的所述第一预烧结温度为250-400℃，保温时间为2-20h，所述第二次预烧结的所述第二预烧结温度为520-660℃，保温时间为1-10h。
3.根据权利要求2所述的铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，热等静压烧结温度为400-600℃，压力为50-300mpa，保温时间为0.5-4h。
4.根据权利要求1所述的铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，固化条件为在10-120℃下固化10-48h。
5.根据权利要求1所述的铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述a浆料的粉料中碳化硅粉质量占比为5-50wt％。
6.根据权利要求5所述的铝碳化硅复合材料结构件的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述a浆料的粉料中碳化硅粉粒径为1-100μm，铝粉粒径为1-100μm，铝合金粉粒径为1-100μ...
【专利技术属性】
技术研发人员：洪于喆，邬国平，戚明杰，于明亮，熊礼俊，谢方民，沈赟，邬妍佼，张碧盈，
申请(专利权)人：宁波伏尔肯科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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