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基于立體光刻技術的輕質高強C_f/SiC陶瓷增材制造

3D打印前沿
2022
06/01
16:01
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供稿人:關志強 供稿單位:機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

近年來,,碳化硅陶瓷復合材料因其比強度高,、導熱性好,、膨脹系數(shù)低等優(yōu)點而受到廣泛關注。然而,,在航空航天等領域,,采用傳統(tǒng)制造工藝很難制備結構復雜的精密零件,。3D打印技術的發(fā)展為復雜復合材料零件的制造提供了一條有效途徑。通過選擇性激光燒結(SLS),、直接墨水寫入(DIW),、粘合劑噴射(BJ)、立體光刻(SL)和層壓對象制造(LOM)制備的SiC陶瓷復合材料都顯示出良好的前景,。

中國科學院上海陶瓷研究所的張恒等人提出通過數(shù)字光處理(DLP)和液態(tài)硅浸漬(LSI)工藝來制備C_f/SiC復合材料的新方法,。整個過程如圖1所示,包括三個部分:碳纖維漿料的制備,;碳纖維預制件的3D打印及熱解為以碳纖維為碳源的碳坯,;液態(tài)硅滲透碳坯以形成致密的C_f/SiC復合材料。所制備的漿料固相含量為20.86vol%,,通過研究碳纖維漿料的固化性能和打印精度,,找到了一組最佳打印參數(shù):曝光時間60s,曝光功率88mw/〖cm〗^2,,分層厚度25μm,,固化厚度為40μm。并以此來開展復雜結構碳纖維的立體光刻,。

圖1 打印原理

首先,,對DLP技術對該類材料的成型精度做了表征。結果顯示,,制件成型尺寸偏差小于5%,,并打印了圖2所示的網格結構、桁架結構,、矩形塊體結構,、十四面體堆疊結構和八面體交叉結構,這些結構都具有良好的表面質量和精細的內部結構,,證明了DLP打印該類材料的成型能力,。其次,素坯經過熱解后,,成為了以碳纖維為碳源的碳坯,,碳坯經過高溫滲硅處理后,便轉化為了C_f/SiC復合材料,,表征了燒結樣品的微觀結構和相組成,,在反應燒結過程中,液態(tài)硅被填充到坯體的孔隙和空心中,。同時,,碳纖維被用作碳源,轉化為碳化硅,,并在原始碳化硅表面沉淀,,生成的碳化硅體積膨脹,,從而促進復合材料的致密化。燒結樣品的XRD結果,,也證實了樣品在硅化后存在Si,、SiC和未反應的碳纖維。

圖2 打印制件

最后,,對制件的力學性能進行了表征,,制件的密度為2.75g/〖cm〗^3,彎曲強度為262.6MPa,,斷裂韌性為1.8MPam^(1⁄2),。制件具有更輕的密度和優(yōu)異的力學性能。這種制造策略,,在制備具有復雜幾何形狀的致密陶瓷零件方面具有巨大潛力,。
參考文獻:

    張恒,楊勇,,惠可輝,,等。 基于立體光刻技術的輕質高強C_f/SiC陶瓷增材制造[J]. 增材制造.2020,。 34:頁,。 101199。



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