本發(fā)明涉及增材制造領(lǐng)域，具體為一種連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的成型裝置及制備方法。

背景技術(shù)：

1、連續(xù)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料是一種新型戰(zhàn)略性耐熱結(jié)構(gòu)材料，受載時連續(xù)纖維帶來的裂紋偏轉(zhuǎn)、界面脫粘和纖維橋接等機制，使其具有硬度高、密度低、熱導(dǎo)率高、化學(xué)性能穩(wěn)定、高溫強度與抗腐蝕性能優(yōu)異等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于航空航天、核能等領(lǐng)域。

2、目前連續(xù)纖維增韌陶瓷基復(fù)合材料成型主要依賴于反應(yīng)熔體浸滲，化學(xué)氣相滲透，纖維編織技術(shù)等傳統(tǒng)工藝，成本較高，工藝難度大，難以實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)成型；而現(xiàn)有例如直寫成型，熔融沉積成型等增材制造方式多則難以直接實現(xiàn)連續(xù)纖維增韌陶瓷復(fù)合材料的成型，這些問題嚴(yán)重阻礙了連續(xù)纖維陶瓷復(fù)合材料廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的成型裝置及制備方法，將連續(xù)纖維引入熱塑性陶瓷絲材中以便于增材制造，大幅降低連續(xù)纖維陶瓷復(fù)合材料成型工藝難度。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、第一方面，本申請?zhí)岢隽艘环N連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的制備方法，包括以下步驟：

4、將不同粒徑的陶瓷粉末體按比例配制，與分散劑混合后球磨，得到級配混合陶瓷粉體；

5、將液態(tài)的塑形材料在真空狀態(tài)下與級配混合陶瓷粉體進行均質(zhì)化處理，得到陶瓷漿料；

6、將陶瓷漿料均勻包覆在連續(xù)纖維上并壓實固化，得到連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材。

7、優(yōu)選的，所述陶瓷粉末為碳化硅，氮化硅，氧化鋁，二硼化鋯，二硼化鉿中的一種或多種。

8、優(yōu)選的，所述塑形材料為熱塑性或熱固性材料；

9、所述熱塑性材料包括聚乙二醇，聚己內(nèi)酯，聚乙烯醇縮丁醛，聚甲基丙烯酸甲酯等一種或幾種；

10、所述熱固性材料包括酚醛樹脂，脲醛樹脂，環(huán)氧樹脂等一種或幾種。

11、優(yōu)選的，采用熱塑性材料制備的陶瓷漿料，該陶瓷漿料包覆在連續(xù)纖維上，然后進行壓實冷卻，使陶瓷漿料固化。

12、優(yōu)選的，采用熱固性材料制備的陶瓷漿料，該陶瓷漿料包覆在連續(xù)纖維上，然后壓實并進行加熱，使陶瓷漿料固化。

13、優(yōu)選的，所述塑形材料與陶瓷粉末的質(zhì)量比為1：(3-4)。

14、優(yōu)選的，所述連續(xù)纖維為碳纖維，碳化硅纖維，氮化硅纖維和氧化鋁纖維中的一種。

15、第二方面，本申請?zhí)岢隽艘环N用于實現(xiàn)所述連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的制備方法的成型裝置，包括擠出裝置、共擠出噴嘴、纖維輸送裝置、絲材壓合輥和絲材卷繞裝置；

16、所述共擠出噴嘴中形成有用于穿過連續(xù)纖維的纖維孔，所述擠出裝置用于灌注陶瓷漿料，擠出裝置的輸出端與纖維孔連通，使陶瓷漿料包覆在連續(xù)纖維上；

17、所述纖維輸送裝置設(shè)置在共擠出噴嘴的輸入端，用于將連續(xù)纖維輸入至纖維孔中；

18、所述絲材壓合輥和絲材卷繞裝置依次設(shè)置在共擠出噴嘴的輸出端，絲材壓合輥用于對包覆有陶瓷漿料的連續(xù)纖維擠壓，絲材卷繞裝置用于對連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材進行卷裝。

19、優(yōu)選的，所述纖維輸送裝置上設(shè)置有料筒恒溫裝置，用于控制陶瓷漿料進行溫度。

20、優(yōu)選的，所述絲材壓合輥的兩端設(shè)置有絲材恒溫裝置，用于對包覆有陶瓷漿料的連續(xù)纖維進行溫控使陶瓷漿料固化。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

22、本發(fā)明提供了一種連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的制備方法，將連續(xù)纖維引入熱塑性陶瓷絲材中以便于增材制造，大幅降低連續(xù)纖維陶瓷復(fù)合材料成型工藝難度，該方法通過陶瓷包覆漿料與連續(xù)纖維共擠出的方式，實現(xiàn)了連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的制備，與現(xiàn)有熔融沉積等絲材增材制造工藝適配，簡化了連續(xù)纖維增韌陶瓷復(fù)合材料的成型步驟，提高成型效率與成型效果，擴展了絲材增材制造的應(yīng)用領(lǐng)域，解決了連續(xù)纖維增韌陶瓷復(fù)合材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)件難以成型的問題，制備的連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材為核殼結(jié)構(gòu)。

技術(shù)特征：

1.一種連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的制備方法，其特征在于，所述陶瓷粉末為碳化硅，氮化硅，氧化鋁，二硼化鋯，二硼化鉿中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的制備方法，其特征在于，所述塑形材料為熱塑性或熱固性材料；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的制備方法，其特征在于，采用熱塑性材料制備的陶瓷漿料，該陶瓷漿料包覆在連續(xù)纖維上，然后進行壓實冷卻，使陶瓷漿料固化。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的制備方法，其特征在于，采用熱固性材料制備的陶瓷漿料，該陶瓷漿料包覆在連續(xù)纖維上，然后壓實并進行加熱，使陶瓷漿料固化。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的制備方法，其特征在于，所述塑形材料與陶瓷粉末的質(zhì)量比為1：(3-4)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的制備方法，其特征在于，所述連續(xù)纖維為碳纖維，碳化硅纖維，氮化硅纖維和氧化鋁纖維中的一種。

8.一種用于實現(xiàn)權(quán)利要求1-7任一項所述連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的制備方法的成型裝置，其特征在于，包括擠出裝置、共擠出噴嘴、纖維輸送裝置、絲材壓合輥和絲材卷繞裝置；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的成型裝置，其特征在于，所述纖維輸送裝置上設(shè)置有料筒恒溫裝置，用于控制陶瓷漿料進行溫度。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的成型裝置，其特征在于，所述絲材壓合輥的兩端設(shè)置有絲材恒溫裝置，用于對包覆有陶瓷漿料的連續(xù)纖維進行溫控使陶瓷漿料固化。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材的成型裝置及制備方法，屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，該制備方法首先將不同粒徑陶瓷顆粒與分散劑球磨得到陶瓷粉體；在陶瓷粉體中加入塑形輔料，均質(zhì)形成陶瓷包覆漿料；將連續(xù)纖維與陶瓷包覆漿料共擠出，凝固后得到增材制造用連續(xù)纖維增韌陶瓷絲材；該方法成型的連續(xù)纖維?陶瓷一體絲材大幅減小了連續(xù)纖維增韌的陶瓷復(fù)合材料成型難度，解決了目前增材制造陶瓷件力學(xué)性能不理想，連續(xù)纖維增韌陶瓷材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)成型困難的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：魯中良,張海天,寧帥,朱曉輝,李滌塵
受保護的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2