3D打印制备碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111018537A(43)申请公布日2020.04.17(21)申请号201911309391.4C04B35/64(2006.01)(22)申请日2019.12.18B33Y10/00(2015.01)(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人李晨辉邹阳史玉升胡梁刘江安吴甲民(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人李智孔娜(51)Int.Cl.C04B35/577(2006.01)C04B35/573(2006.01)C04B35/80(2006.01)C04B35/622(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图2页(54)发明名称3D打印制备碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料的方法(57)摘要本发明属于复合材料领域，并具体公开了3D打印制备碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料的方法，该方法包括：将SiC粉体与短切碳纤维、粘结剂混合得到混合粉体；利用混合粉体进行激光选区烧结成形，得到SiC/短切碳纤维生坯；将SiC/短切碳纤维生坯表面清粉后进行碳化处理，然后对其浸渗有机碳前驱体溶液，干燥后进行二次碳化处理得到SiC/短切碳纤维/碳素坯；采用液相渗硅法对其进行致密化处理，获得碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料。本发明进行二次碳化不仅可以借助碳前驱体固化热解后残留相，增大坯体强度便于后续操作，而且有利于短切碳纤维增韧作用的发挥；此外，碳化裂解后形成的空间网状次生碳可以进一步增强复合材料的力学性能。CN111018537ACN111018537A权利要求书1/1页1.一种3D打印制备碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(a)将SiC粉体与短切碳纤维、粘结剂混合得到混合粉体；(b)利用上述混合粉体进行激光选区烧结成形，得到SiC/短切碳纤维生坯；(c)将所述SiC/短切碳纤维生坯表面清粉后进行碳化处理，然后对其浸渗有机碳前驱体溶液，干燥后进行二次碳化处理得到SiC/短切碳纤维/碳素坯；(d)采用液相渗硅法对上述SiC/短切碳纤维/碳素坯进行致密化处理，最终获得所述碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料。2.如权利要求1所述的3D打印制备碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料的方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述SiC粉体中粒径分布的具体情况为：粒径0.1～2μm的粉体占全部SiC粉体的0～5wt％，粒径2～40μm的粉体占全部SiC粉体的22～55wt％，粒径40～250μm的粉体占全部SiC粉体的42～75wt％。3.如权利要求1所述的3D打印制备碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料的方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述短切碳纤维的直径为0.1～20μm，其长径比为5～500，所述短切碳纤维的加入量占全部SiC粉体的1～20wt％。4.如权利要求1所述的3D打印制备碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料的方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述粘结剂为环氧树脂、酚醛树脂或尼龙12中的一种或多种，其加入量为SiC粉体的3～20wt％。5.如权利要求1所述的3D打印制备碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料的方法，其特征在于，在所述步骤(b)中，进行激光选区烧结成形的具体方法为：采用人工或者机械方法铺粉，然后基于目标成型体的三维模型得到的切片数据，使用激光逐层照射粉床特定区域得到所述SiC/短切碳纤维生坯。6.如权利要求1所述的3D打印制备碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料的方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述有机碳前驱体溶液为环氧树脂溶液、酚醛树脂溶液或沥青溶液中的一种或多种。7.如权利要求1所述的3D打印制备碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料的方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述碳化处理或二次碳化处理的具体工艺为：将待碳化试样置于非氧化气氛中，在所述粘结剂或者碳前驱体的热解温度范围内缓慢升温，然后快速升温至850℃～1100℃的目标温度并保温1.0h～6h以此进行碳化。8.如权利要求1～7任一项所述的3D打印制备碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料的方法，其特征在于，在步骤(d)中，所述液相渗硅法的具体工艺为：将SiC/短切碳纤维/碳素坯埋于金属Si中，然后在真空条件下加热至1420℃～1800℃的目标温度并保温0.25h～3h。9.一种利用如权利要求1～8任一项所述方法制备的碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料。2CN111018537A说明书1/8页3D打印制备碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料的方法技术领域[0001]本发明属于复合材料领域，更具体地，涉及3D打印制备碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料的方法。背景技术[0002]随着航空航天、汽车、空间光学等领域科技水平的快速发展，其核心部件，如高超声速飞行器热防护系