激光立体成形氧化铝基共晶自生复合陶瓷的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102557595A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102557595A(43)申请公布日2012.07.11(21)申请号201210002088.1(22)申请日2012.01.05(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人苏海军张军于建政郭伟马菱薇张冰于瑞龙刘林傅恒志(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人慕安荣(51)Int.Cl.C04B35/10(2006.01)C04B35/622(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书77页页附图附图22页(54)发明名称激光立体成形氧化铝基共晶自生复合陶瓷的方法(57)摘要一种激光立体成形氧化铝基共晶自生复合陶瓷的方法，通过激光立体成形氧化物共晶陶瓷材料，获得大体积共晶陶瓷体。本发明采用逐层铺陶瓷粉的方法，针对Al2O3基共晶陶瓷，保温温度一般控制在800～1300℃，并通过调整保温温度，实现不同的冷却速率和温度梯度。本发明利用重复堆积、多次熔覆的方法，使粉末重复熔于基体，从而实现共晶陶瓷的制备，能够快速熔化高熔点材料，实现＞3000K/cm的温度梯度，使材料激光成形过程中降低热应力并完全消除裂纹。在加热和成形过程中，同时充入高纯惰性气体，使得炉体中的空气完全逸出，消除了成形材料内部的气孔，可以获得稳定的晶体生长。本发明有效降低了成形材料与周围环境的温差和材料内部的热应力。CN102579ACN102557595A权利要求书1/1页1.一种激光立体成形氧化铝基共晶自生复合陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，配制共晶陶瓷粉末；步骤2，共晶陶瓷粉末的铺粉与表面气氛加热炉加热；将得到的部分共晶陶瓷粉末均匀铺在金属基板上形成基底；将铺有基底的金属基板置于表面气氛加热炉的加热板上；打开气流计阀门向炉膛内通入保护气体N2气；N2气流量100～150ml/min；对共晶粉末加热至1200℃，加热中，600℃以下以导通比为20％的速度加热，600℃以上以导通比为40％的速度加热；加热中试样温度与加热板温度一致；加热中持续通入N2气；得到加热后的Al2O3/YAG共晶陶瓷基底；步骤3，成形共晶陶瓷；采用激光区熔方法成形共晶陶瓷的过程，其具体过程是：使激光器位于共晶陶瓷基底表面成形共晶陶瓷的起点处，对加热后的共晶陶瓷基底进行水平逐行扫描；当激光器完成第一行扫描后，沿共晶陶瓷基底表面宽度平移，进行第二行的水平扫描，得到在共晶陶瓷基底表面形成的第二道共晶陶瓷；以此类推，激光器逐渐向共晶陶瓷基底的宽度方向推进，直至整个共晶陶瓷基底表面形成第一层共晶陶瓷；当第一层共晶陶瓷的成形完成后，将剩余的共晶陶瓷粉末均匀铺覆在第一层共晶陶瓷上；激光器回到起点，按成形第一层共晶陶瓷的方法，在得到的第一层共晶陶瓷表面继续成形第二层共晶陶瓷；当第二层共晶陶瓷的成形完成后，继续将剩余的共晶陶瓷粉末均匀铺覆在第二层共晶陶瓷上；激光器回到起点，按成形第一层共晶陶瓷的方法，在得到的第二层共晶陶瓷表面继续成形第三层共晶陶瓷；重复上述激光区熔成形共晶陶瓷的过程，得到所需的共晶陶瓷；成形共晶陶瓷中，激光功率为200～600W，激光扫描速度0.6～6mm/min，激光光斑直径为8～12mm；在激光区熔过程中，表面气氛加热炉对试样持续加热，使试样的温度保持在1200℃，并通入N2气；步骤4，共晶体陶瓷冷却，当得到所需体积的共晶陶瓷后，表面气氛加热炉以10～20℃/min的降温速度冷却至800℃后，得到的共晶陶瓷随炉冷却至室温，从而获得共晶自生复合陶瓷。2.如权利要求1所述一种激光立体成形氧化铝基共晶自生复合陶瓷的方法，其特征在于，激光器沿共晶陶瓷基底宽度平移后相邻两行中心线的间距为10mm。2CN102557595A说明书1/7页激光立体成形氧化铝基共晶自生复合陶瓷的方法技术领域[0001]本发明涉及高性能材料激光快速成形制备领域，具体是一种利用表面气氛加热炉辅助激光铺粉立体成形，实现高熔点、高致密度、低热应力特别是具有较大体积共晶陶瓷材料的制备技术。背景技术[0002]氧化物共晶自生陶瓷具有优异的高温强度、热稳定性、抗蠕变特性及高温抗氧化性，是近年来发展的有望在1650℃以上恶劣环境下长期使用的超高温结构材料。然而，迄今为止氧化物陶瓷材料的主要制备技术仍是粉末烧结法。由于粉末烧结陶瓷材料均为多晶组织，通常无法得到单晶组成相，陶瓷颗粒、基体和其他组成相(如增强相或增韧相)以及各组成相之间均存在着大量的弱连接界面，显微组织的均匀性和稳定性以及材料的孔隙率均难以消除，导致陶瓷材料高温力学性能锐减，极大的限制了陶瓷材料在超高温条件下的应用。利用激光区熔凝固技术能够获得性能较好的氧化物共晶陶瓷，但该方法在激光