【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及使用增材制造技术制造基于氧化硅的陶瓷制品的方法和通过该制造方法生产的陶瓷制品。本申请是优先权日为2019年10月23日、专利技术名称为“制造陶瓷制品的方法和陶瓷制品”的中国专利技术专利申请第202080073491.6号(相应的国际申请号为pct/jp2020/039565)的分案申请。
技术介绍
1、通过在作为制造目标的模型的三维数据的基础上增加材料以获得期望成形物体的增材制造技术正广泛用于短时间内的原型生产或者少量制品的制造。在金属制品的制造中，广泛使用直接成型系统，其中基于模型的三维数据通过用激光照射粉末使金属粉末凝固和成型。根据这种方法，能够通过有效地熔化并凝固金属粉末来获得精确且多样的制品。
2、近些年，正在努力建立使用陶瓷粉末作为原料的增材制造技术。然而，不同于金属，通用陶瓷例如氧化铝和氧化锆具有低的吸收激光的能力。因此，为了熔化陶瓷粉末，尽管必须使用大量的能量，但激光扩散从而使熔化不均匀，从而导致难以获得所需的成型精度。
3、因此，ptl 1公开了生产具有高精度的成形物体的技术，其通过向原料粉末添加吸收激光的吸收体来防止光的扩散。
4、引用列表
5、专利文献
6、ptl 1：日本专利公开第2019-19051号
技术实现思路
1、技术问题
2、在陶瓷中，基于氧化硅的材料广泛用作构成铸芯的材料。铸芯是在制造具有中空内部的铸件时嵌入于对应模具中空部的部分中的模型，并且该模型最终从铸造制品
3、如果可通过增材制造技术生产铸芯，则有可能实现以低成本来铸造复杂的形状。因为铸造制品的尺寸或表面的精度受芯的尺寸和表面状态影响，所以要用作芯的基于氧化硅的成形物体需要具有高的成型精度以及能够经受铸造过程的高机械强度。
4、ptl 1描述了基于氧化硅的材料作为有待用于直接成型系统中的成型粉末。然而，基于氧化硅的材料在液相中具有高粘度并且因此通过用激光照射在熔融状态下变成球形，并且固化部分往往是多孔的。另外，因为在激光经过之后熔融部以高的降温速率快速冷却，所以固化部分几乎是非晶的。即使在通过激光照射引起液相烧结的情况下，该部分液相在激光经过之后快速冷却并变为非晶的。由于这些原因，通过ptl 1中公开的方法成型的基于氧化硅的成形物体具有优异的成型精度，但因为存在大量的非晶部分，所以机械强度对于一些应用例如铸芯而言可能是不足的。
5、做出本专利技术用于解决以上问题并提供一种通过使用直接成型系统来制造具有高成型精度和优异机械强度的基于氧化硅的陶瓷制品的技术。
6、问题的解决方案
7、制造根据本专利技术的陶瓷制品的方法的特征在于包括：
8、(i)设置包含吸收预定波长的光的吸收体以及作为主要成分的二氧化硅的粉末的步骤；
9、(ii)通过用包括具有预定波长的光的激光照射所述粉末从而烧结或熔化并凝固所述粉末的步骤；和
10、(iii)在1470℃以上且小于1730℃加热通过重复步骤(i)和(ii)形成的成形物体的步骤。
11、另外，根据本专利技术的陶瓷制品是含有tb或pr和二氧化硅作为主要成分的陶瓷制品，并且特征在于硅的含量高于80质量％并且70质量％以上的二氧化硅是方石英。
12、专利技术的有益效果
13、根据本专利技术，可通过使用直接成型系统来制造具有高成型精度和优异机械强度的基于氧化硅的陶瓷结构。
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1.一种制造陶瓷制品的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的制造陶瓷制品的方法，其中对于激光束中包括的波长的光，所述吸收体的吸收能力高于二氧化硅的吸收能力。
3.根据权利要求1或2所述的制造陶瓷制品的方法，其中对于激光束中包括的波长的光，所述吸收体的吸收能力显示出10％以上的吸收率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述吸收体是Tb4O7或Pr6O11。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述吸收体包括选自以下的至少一种：Ti2O3、TiO、SiO、ZnO、锑掺杂的氧化锡(ATO)、铟掺杂的氧化锡(ITO)、MnO、MnO2、Mn2O3、Mn3O4、FeO、Fe2O3、Fe3O4、Cu2O、CuO、Cr2O3、CrO3、NiO、V2O3、VO2、V2O5、V2O4、Co3O4和CoO。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述吸收体包括选自以下的至少一种：过渡金属碳化物、过渡金属氮化物、Si3N4、AlN、硼化物和硅化物。
7.根据
8.根据权利要求1至7中任一项所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述吸收体在粉末中的含量为以0.5体积％以上且10体积％以下。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述二氧化硅是方石英。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的制造陶瓷制品的方法，其中步骤(iii)包括在加热处理之前使成形物体吸收含有金属元素的含金属成分的液体的过程。
11.根据权利要求10所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述含金属成分的液体包括铝或锆作为金属元素。
12.根据权利要求10所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述含金属成分的液体包括所述金属元素的氧化物的颗粒。
13.根据权利要求10或11所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述含金属成分的液体通过加热处理产生所述金属元素的氧化物。
14.根据权利要求13所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述含金属成分的液体中包括的金属元素处于金属醇盐、氯化物和盐化合物中的任何形式。
15.根据权利要求14所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述含金属成分的液体还包括溶剂和稳定剂。
16.根据权利要求15所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述含金属成分的液体包括铝醇盐、有机溶剂和稳定剂。
17.根据权利要求15所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述含金属成分的液体包括铝盐、水和稳定剂。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述金属元素的氧化物与二氧化硅形成共晶体。
19.根据权利要求18所述的制造陶瓷制品的方法，其中二氧化硅的熔点Tm、金属氧化物和二氧化硅的共晶温度TE以及所述成形物体通过步骤(iii)中的加热步骤达到的最大温度TS满足关系TE≤TS<Tm。
20.根据权利要求18或19所述的制造陶瓷制品的方法，其中二氧化硅的熔点Tm和所述金属氧化物的熔点Ti满足关系Tm<Ti。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述金属氧化物在所述粉末中的含量小于3.0质量％。
22.陶瓷制品，其包含Tb或Pr以及作为主要成分的二氧化硅，其中Si的含量以氧化物换算为高于80质量％，并且70质量％以上的二氧化硅是方石英。
23.根据权利要求22所述的陶瓷制品，其包含以氧化物换算在1.0质量％以上且20质量％以下的范围内的Tb或Pr。
24.根据权利要求22或23所述的陶瓷制品，其包含Tb2Si2O7相或Pr2Si2O7相。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的陶瓷制品，其中所述陶瓷制品具有10％以上且40％以下的孔隙率。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的陶瓷制品，其中所述陶瓷制品包括氧化铝或氧化锆。
27.根据权利要求22至26中任一项所述的陶瓷制品，该陶瓷制品是铸芯。
...【技术特征摘要】
1.一种制造陶瓷制品的方法，包括：
2.根据权利要求1所述的制造陶瓷制品的方法，其中对于激光束中包括的波长的光，所述吸收体的吸收能力高于二氧化硅的吸收能力。
3.根据权利要求1或2所述的制造陶瓷制品的方法，其中对于激光束中包括的波长的光，所述吸收体的吸收能力显示出10％以上的吸收率。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述吸收体是tb4o7或pr6o11。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述吸收体包括选自以下的至少一种：ti2o3、tio、sio、zno、锑掺杂的氧化锡(ato)、铟掺杂的氧化锡(ito)、mno、mno2、mn2o3、mn3o4、feo、fe2o3、fe3o4、cu2o、cuo、cr2o3、cro3、nio、v2o3、vo2、v2o5、v2o4、co3o4和coo。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述吸收体包括选自以下的至少一种：过渡金属碳化物、过渡金属氮化物、si3n4、aln、硼化物和硅化物。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述二氧化硅具有5μm以上且200μm以下的平均粒径，并且所述吸收体具有1μm以上且小于10μm的平均粒径。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述吸收体在粉末中的含量为以0.5体积％以上且10体积％以下。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述二氧化硅是方石英。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的制造陶瓷制品的方法，其中步骤(iii)包括在加热处理之前使成形物体吸收含有金属元素的含金属成分的液体的过程。
11.根据权利要求10所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述含金属成分的液体包括铝或锆作为金属元素。
12.根据权利要求10所述的制造陶瓷制品的方法，其中所述含金属成分的液体包括所述金属元素的氧化物的颗粒。
13.根据权利要求10或11所述的制造陶瓷制品的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：村上俊介，清水康志，安居伸浩，大志万香菜子，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：
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