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一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3D打印制備方法及復(fù)合材料

文檔序號:40627029發(fā)布日期:2025-01-10 18:32閱讀:4來源:國知局
一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3D打印制備方法及復(fù)合材料

本發(fā)明屬于復(fù)合材料制備,具體涉及一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法及復(fù)合材料。


背景技術(shù):

1、現(xiàn)有光固化3d打印碳化硅,由于光固化深度低,難以進(jìn)一步大量引入吸光度較高的碳纖維,且纖維未進(jìn)行界面保護(hù),難以獲得良好增韌效果的碳化硅陶瓷基復(fù)合材料。


技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷,本發(fā)明提供一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法及復(fù)合材料,可有效解決上述問題。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:

3、本發(fā)明提供一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法,包括以下步驟:

4、步驟s1,將短切碳纖維、碳化硅粉體、丙烯酸酯樹脂、分散劑和光引發(fā)劑按配比混合均勻,得到適用于光固化成型的碳纖維增強(qiáng)碳化硅漿料;

5、步驟s2,采用陶瓷光固化打印設(shè)備,以所述碳纖維增強(qiáng)碳化硅漿料作為原料進(jìn)行陶瓷光固化打印,獲得碳纖維增強(qiáng)碳化硅素坯;

6、步驟s3,對所述碳纖維增強(qiáng)碳化硅素坯進(jìn)行脫脂處理,獲得脫脂后的多孔碳纖維增強(qiáng)碳化硅素坯;

7、步驟s4,采用化學(xué)氣相滲透cvi法,對所述脫脂后的多孔碳纖維增強(qiáng)碳化硅素坯進(jìn)行界面沉積,獲得沉積界面層后的多孔碳纖維增強(qiáng)碳化硅素坯;

8、具體方法為:對所述脫脂后的多孔碳纖維增強(qiáng)碳化硅素坯進(jìn)行化學(xué)氣相滲透cvi沉積裂解碳界面層,獲得碳界面層;再進(jìn)一步進(jìn)行化學(xué)氣相滲透cvi沉積碳化硅界面層,從而在碳界面層的表面疊加一層碳化硅界面層,得到界面沉積后的多孔碳纖維增強(qiáng)碳化硅素坯;

9、步驟s5,對所述沉積界面層后的多孔碳纖維增強(qiáng)碳化硅素坯進(jìn)行前驅(qū)體浸漬裂解pip或反應(yīng)熔滲致密化燒結(jié)rmi進(jìn)行增密,獲得纖維增強(qiáng)的碳化硅陶瓷基復(fù)合材料。

10、優(yōu)選的,短切碳纖維的長度為100-2000μm,體積含量為15-35體積份;碳化硅粉體的粒徑d50為10-40μm,體積含量為20-40體積份。

11、優(yōu)選的,丙烯酸酯樹脂為單官能團(tuán)丙烯酸酯單體、雙官能團(tuán)丙烯酸酯單體和多官能團(tuán)丙烯酸酯單體中的一種或幾種;丙烯酸酯樹脂的體積含量為40-50體積份;分散劑為丙烯酸酯嵌段聚合物、氨基酸酯共聚物和含有酸性基團(tuán)的共聚物中的一種或幾種,其含量為碳化硅粉體質(zhì)量的2%;光引發(fā)劑為苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲?;?氧化膦(bapo),其含量為丙烯酸酯樹脂質(zhì)量的1~5%。

12、優(yōu)選的,步驟s2具體為:

13、所述陶瓷光固化打印設(shè)備采用下沉式陶瓷光固化3d打印設(shè)備,以所述碳纖維增強(qiáng)碳化硅漿料作為原料進(jìn)行陶瓷光固化打印的方法為:

14、輸入待打印成型的產(chǎn)品三維模型,設(shè)置陶瓷光固化打印參數(shù),包括光固化設(shè)備紫外光波長、曝光時間、曝光功率和鋪料層厚,通過二維圖案曝光,固化層疊加,從而獲得碳纖維增強(qiáng)碳化硅素坯。

15、優(yōu)選的,光固化設(shè)備紫外光波長為405nm,曝光時間為5-20s,曝光功率為60-100mw/cm2,鋪料層厚為50-150μm。

16、優(yōu)選的,步驟s3中,對所述碳纖維增強(qiáng)碳化硅素坯進(jìn)行脫脂處理時,控制脫脂工藝參數(shù)進(jìn)行脫脂處理;其中,脫脂工藝參數(shù)包括脫脂工藝升溫速率、脫脂溫度和保溫時間。

17、優(yōu)選的,脫脂工藝升溫速率為0.2-5℃/min,脫脂溫度為600-1000℃,保溫時間為2-8h;獲得的脫脂后的多孔碳纖維增強(qiáng)碳化硅素坯的孔隙率為30-60%。

18、優(yōu)選的,步驟s4中,碳界面層的厚度為200-500nm,碳化硅界面層的厚度為300-800nm,界面沉積后的多孔碳纖維增強(qiáng)碳化硅素坯的孔隙率為20%-40%。

19、優(yōu)選的,步驟s5中,采用前驅(qū)體浸漬裂解pip時,前驅(qū)體為聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硼硅氮烷中的一種,浸漬方法為真空浸漬或壓力浸漬,裂解升溫速率為1-5℃/min,裂解溫度為1100-1300℃,保溫時間為1-3h;

20、采用反應(yīng)熔滲致密化燒結(jié)rmi時,升溫速率為1-5℃/min,滲硅溫度為1500-1700℃,保溫時間為1-3h。

21、本發(fā)明還提供一種所述的一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法制備得到的短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料。

22、本發(fā)明提供的一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法及復(fù)合材料具有以下優(yōu)點:

23、本發(fā)明提供的一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法及復(fù)合材料,本發(fā)明引入了高體積含量的碳纖維,克服了漿料吸光問題,且提出了對脫脂后的多孔素坯進(jìn)行纖維界面層制備的方法,對提升復(fù)合材料的力學(xué)性能具有重要意義。



技術(shù)特征:

1.一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法,其特征在于,包括以下步驟:

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法,其特征在于,短切碳纖維的長度為100-2000μm,體積含量為15-35體積份;碳化硅粉體的粒徑d50為10-40μm,體積含量為20-40體積份。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法,其特征在于,丙烯酸酯樹脂為單官能團(tuán)丙烯酸酯單體、雙官能團(tuán)丙烯酸酯單體和多官能團(tuán)丙烯酸酯單體中的一種或幾種;丙烯酸酯樹脂的體積含量為40-50體積份;分散劑為丙烯酸酯嵌段聚合物、氨基酸酯共聚物和含有酸性基團(tuán)的共聚物中的一種或幾種,其含量為碳化硅粉體質(zhì)量的2%;光引發(fā)劑為苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲?;?氧化膦(bapo),其含量為丙烯酸酯樹脂質(zhì)量的1~5%。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法,其特征在于,步驟s2具體為:

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法,其特征在于,光固化設(shè)備紫外光波長為405nm,曝光時間為5-20s,曝光功率為60-100mw/cm2,鋪料層厚為50-150μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法,其特征在于,步驟s3中,對所述碳纖維增強(qiáng)碳化硅素坯進(jìn)行脫脂處理時,控制脫脂工藝參數(shù)進(jìn)行脫脂處理;其中,脫脂工藝參數(shù)包括脫脂工藝升溫速率、脫脂溫度和保溫時間。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法,其特征在于,脫脂工藝升溫速率為0.2-5℃/min,脫脂溫度為600-1000℃,保溫時間為2-8h;獲得的脫脂后的多孔碳纖維增強(qiáng)碳化硅素坯的孔隙率為30-60%。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法,其特征在于,步驟s4中,碳界面層的厚度為200-500nm,碳化硅界面層的厚度為300-800nm,界面沉積后的多孔碳纖維增強(qiáng)碳化硅素坯的孔隙率為20%-40%。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法,其特征在于,步驟s5中,采用前驅(qū)體浸漬裂解pip時,前驅(qū)體為聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硼硅氮烷中的一種,浸漬方法為真空浸漬或壓力浸漬,裂解升溫速率為1-5℃/min,裂解溫度為1100-1300℃,保溫時間為1-3h;

10.一種權(quán)利要求1-9任一項所述的一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3d打印制備方法制備得到的短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料。


技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3D打印制備方法及復(fù)合材料,包括:將短切碳纖維、碳化硅粉體、丙烯酸酯樹脂、分散劑和光引發(fā)劑按配比混合均勻,得到適用于光固化成型的碳纖維增強(qiáng)碳化硅漿料;依次進(jìn)行陶瓷光固化打印、脫脂處理、界面沉積和增密處理,獲得纖維增強(qiáng)的碳化硅陶瓷基復(fù)合材料。本發(fā)明提供的一種短切碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料的光固化3D打印制備方法及復(fù)合材料,本發(fā)明引入了高體積含量的碳纖維,克服了漿料吸光問題,且提出了對脫脂后的多孔素坯進(jìn)行纖維界面層制備的方法,對提升復(fù)合材料的力學(xué)性能具有重要意義。

技術(shù)研發(fā)人員:李珊,靳寶杰,王功,劉兵山
受保護(hù)的技術(shù)使用者:中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心
技術(shù)研發(fā)日:
技術(shù)公布日:2025/1/9
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