選擇性激光燒結(jié)法制備復雜結(jié)構(gòu)SiC / Si復合陶瓷的性能優(yōu)化

供稿人:孟佳麗 連芩
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

2020年1月西安交通大學Suocheng Song及其研究團隊研究了使用選擇性激光燒結(jié)法(selective laser sintering,，簡稱SLS)制備SiC/Si制造工藝與性能優(yōu)化的方法,，分析了環(huán)氧樹脂對SiC / Si復合材料性能和微觀結(jié)構(gòu)的影響,。在此基礎上,，采用反應性較低的石墨作為緩釋碳源,，避免毛細管通道堵塞,，提高性能,。測試了不同溫度點的彎曲強度，與文獻中室溫下的最佳抗彎強度相比,，抗彎強度的峰值增加了55％,。

SiC / Si零件的制造流程如圖1所示，通過“材料混合——切層——打印——脫脂——反應”最終得到SiC / Si零件,。使用的原料為SiC,、石墨和環(huán)氧樹脂均，漿料均勻混合,，根據(jù)CAD模型打印出零件素坯,。對素坯進行熱重分析制定出合適的脫脂燒結(jié)工藝曲線。該研究通過制定兩步燒結(jié)法,，將脫脂和反應工藝同時完成,，在低溫度段，環(huán)氧樹脂熱解素坯形成SiC / C多孔結(jié)構(gòu),；在高溫度段,，Si熔化，通過毛細力進入多孔SiC / C坯體,，與C進行反應,，最終形成致密的SiC / Si零件，滲硅示意圖見圖2所示,。

圖1 工藝流程圖

圖2 滲硅示意圖

對環(huán)氧樹脂,，石墨的直徑和最終燒結(jié)溫度對最終形成的SiC / Si零件的機械強度的影響分析發(fā)現(xiàn),，當環(huán)氧樹脂含量為5wt%，10wt%和15wt%時,，SiC / C坯體的孔隙率會隨之減小,，最終形成的SiC / Si零件三點彎曲強度也環(huán)氧樹脂含量成反比。在對比粒徑為25μm和10μm的石墨影響,，發(fā)現(xiàn)當石墨的粒徑為10μm時,，孔隙率降低并且碳密度穩(wěn)定地增加。這種趨勢有助于提高SiC / Si復合材料的機械性能,。因此,，小尺寸的球形石墨可以有效地填充預成型坯中的孔并提高碳密度。對燒結(jié)溫度和石墨含量的研究發(fā)現(xiàn),，1300℃,，20wt%的石墨添加會達到最高的彎曲強度。

參考文獻：
Song S, Gao Z, Lu B, et al. Performance optimization of complicated structural SiC/Si composite ceramics prepared by selective laser sintering[J]. Ceramics International, 2020, 46(1): 568-575.