本發(fā)明涉及陶瓷零件制造領(lǐng)域，具體涉及一種具有三級(jí)孔隙的陶瓷基復(fù)合材料零件的制造方法。

背景技術(shù)：

以sic為代表的具有多級(jí)孔隙的陶瓷基復(fù)合材料具有耐強(qiáng)酸和耐高溫性，可制作成滿(mǎn)足高溫、強(qiáng)酸等惡劣條件的過(guò)濾器件。在焦?fàn)t煤氣和汽車(chē)尾氣等干式除塵領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。

具有多級(jí)孔隙的陶瓷基復(fù)合材料比表面積高、多孔、耐高溫以及高硬度高強(qiáng)度等特性使之成為催化劑的良好載體。除此之外，陶瓷基復(fù)合材料穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，也是作為催化劑載體的巨大優(yōu)勢(shì)。

利用具有多級(jí)孔隙的陶瓷基復(fù)合材料當(dāng)中閉孔的隔熱作用可以做成隔熱材料和換熱器隔熱材料，充分利用其孔隙度大、熱交換面積大，同時(shí)耐熱耐蝕不污染等特性。

聲波在進(jìn)入這種具有多級(jí)孔隙的陶瓷基復(fù)合材料的內(nèi)部時(shí)，由于空氣的粘滯性以及材料固有的阻尼特性，使聲能不斷損耗，起到吸收聲能的作用。其中sic基多孔陶瓷具有良好的微波吸收特性，是一種非常有前途的吸波材料。

目前的多孔陶瓷材料的制備方法中，添加造孔劑的方法制作的氣孔分布均勻性較差，有機(jī)泡沫浸漬法不能制造小孔徑的孔隙。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種具有三級(jí)孔隙的陶瓷基復(fù)合材料零件的制造方法，能夠生成分布較均勻的三級(jí)孔隙，并控制孔隙的排布方向。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

包括以下步驟：

1)建立零件三維模型，然后通過(guò)sla光固化成型技術(shù)，根據(jù)零件三維模型制作兩端開(kāi)口的零件樹(shù)脂外殼；

2)通過(guò)有機(jī)單體、交聯(lián)劑、碳纖維和陶瓷粉末配制懸浮漿料并向零件樹(shù)脂外殼中完成澆注，通過(guò)設(shè)置溫度場(chǎng)使得懸浮漿料中的溶劑沿著溫度梯度的方向冷卻凝固定向結(jié)晶，懸浮漿料完全凝固后去殼得到零件素坯；

3)對(duì)零件素坯進(jìn)行真空冷凍干燥，得到具有第一級(jí)定向孔隙的零件素坯；

4)在800～1200℃的真空條件下保溫，去除具有定向孔隙的零件素坯內(nèi)部的有機(jī)物，產(chǎn)生第三級(jí)空隙，得到陶瓷零件多孔體；

5)使用化學(xué)氣相沉積/滲透的方法在陶瓷零件多孔體內(nèi)部碳纖維表面上沉積sic界面層；

6)在含氧氛圍下，燒除沉積有sic界面層的陶瓷零件多孔體內(nèi)部的碳纖維，產(chǎn)生第二級(jí)孔隙，得到具有三級(jí)孔隙的陶瓷基復(fù)合材料零件。

進(jìn)一步地，步驟2)中，懸浮漿料的配制過(guò)程包括：

2011、將有機(jī)單體丙烯酰胺和交聯(lián)劑n,n′-亞甲基雙丙烯酰胺，按照質(zhì)量比為(5～25):1混合，并配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％～25％的水基預(yù)混液；

2012、將陶瓷粉末和碳纖維加入水基預(yù)混液中，得到陶瓷漿料，并加入分散劑，得到預(yù)混漿料；其中，陶瓷漿料中陶瓷粉末和碳纖維的固含量為10～45％，碳纖維的加入量占陶瓷漿料總質(zhì)量的5～25％；分散劑的添加量為陶瓷粉末和碳纖維總質(zhì)量的1～2％；

2013、將預(yù)混漿料攪拌均勻，得到固相顆粒分散均勻的懸浮漿料。

進(jìn)一步地，陶瓷粉末的粒徑為0.05～2μm，陶瓷粉末為碳化硅、氮化硅、碳化硼、硼化鋯和氧化鋁中的一種或兩種以上以任意比例的混合物；碳纖維長(zhǎng)度為0.1～5mm，直徑為5～15μm；分散劑采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％的四甲基氫氧化銨的水溶液。

進(jìn)一步地，步驟2)中澆注的具體步驟包括：

先將兩端開(kāi)口的零件樹(shù)脂外殼一端固定連接金屬板，并在零件樹(shù)脂外殼的外部包裹隔熱材料；將懸浮漿料置入真空注型機(jī)內(nèi)，并加入占水基預(yù)混液質(zhì)量0.2～0.5％的催化劑和占水基預(yù)混液質(zhì)量1～2％的引發(fā)劑，攪拌均勻后向零件樹(shù)脂外殼內(nèi)澆注，并排盡氣泡。

進(jìn)一步地，催化劑為四甲基乙二胺和水按照1:3的質(zhì)量比配成的水溶液，引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨和水按照3:7的質(zhì)量比配成的水溶液。

進(jìn)一步地，步驟2)中將澆注懸浮漿料的零件樹(shù)脂外殼兩端分別置于-80～-10℃的冷端和溫度為室溫的熱端，形成從冷端到熱端的溫度場(chǎng)。

進(jìn)一步地，步驟2)中懸浮漿料完全凝固后，使用液氮去除零件樹(shù)脂外殼，得到零件素坯；步驟3)中將零件素坯放入冷凍干燥機(jī)的真空負(fù)壓艙內(nèi)，真空度保持在0.1～10pa，從-20℃逐漸升溫至0℃，進(jìn)行梯度冷凍，冷凍總時(shí)間為25h，持續(xù)抽真空使零件素坯內(nèi)的結(jié)晶水完全升華，得到具有第一級(jí)定向孔隙的零件素坯。

進(jìn)一步地，步驟4)中的保溫是在真空脫脂爐內(nèi)進(jìn)行的，先以升溫速率為5℃/min從室溫升至200℃，然后以升溫速率為1℃/min從200℃升至700℃，再以升溫速率為2℃/min從700℃升至800～1200℃，并在800～1200℃保溫1～3h，產(chǎn)生第三級(jí)孔隙。

進(jìn)一步地，步驟5)中沉積sic界面層具體包括：

首先將陶瓷零件多孔體放在化學(xué)氣相沉積/滲透爐中，以三氯甲基硅烷作為氣源物質(zhì)，氫氣作為載氣，氬氣作為稀釋氣，氬氣流量200～400ml/min，氫氣流量300～350ml/min；然后使沉積溫度900～1300℃，氣氛壓力0.5～5kpa，沉積時(shí)間2～24h。

進(jìn)一步地，步驟6)是在大氣燒結(jié)爐當(dāng)中燒除碳纖維的，先以升溫速率為5℃/min從室溫升至200℃，然后以升溫速率為1℃/min從200℃升至700～900℃，并在700～900℃保溫1～3h，產(chǎn)生第二級(jí)孔隙。

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：

本發(fā)明利用快速成型結(jié)合凝膠注模技術(shù)，能夠完成復(fù)雜多級(jí)孔隙零件的制造，具有能夠制作精度高、表面質(zhì)量好的復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明可以根據(jù)零件的具體的受載情況來(lái)設(shè)置溫度梯度的方向，控制冰晶的生長(zhǎng)方向和碳纖維的大致排布方向，控制第一級(jí)孔隙和第二級(jí)孔隙的排布方向，一定程度上起到定向增強(qiáng)的效果。本發(fā)明利用化學(xué)氣相沉積/滲透技術(shù)在碳纖維的表面均勻的沉積一層sic作為界面層，在大氣中燒結(jié)完成后，碳纖維消失，sic界面層成為二級(jí)孔道的孔壁，且采用的碳纖維利于熱解。本發(fā)明通過(guò)低溫下控制陶瓷/碳纖維漿料溶劑結(jié)晶，結(jié)合快速成型、真空冷凍干燥、化學(xué)氣相滲透、真空脫脂等陶瓷零件的制造工藝步驟，形成定向孔隙結(jié)構(gòu)，能夠有效增強(qiáng)和增韌。同時(shí)，本發(fā)明結(jié)合快速成形技術(shù)和凝膠注模技術(shù)，制得孔隙均勻的多孔結(jié)構(gòu)材料，比表面積高，耐高溫以及高硬度高強(qiáng)度，能實(shí)現(xiàn)較好的均勻性，還能制造多級(jí)孔隙的陶瓷材料，且材料的制備和零件的成形同時(shí)完成，均一性良好，能夠廣泛用于催化劑載體、隔熱材料、聲波吸收等領(lǐng)域。

進(jìn)一步地，本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)溫度梯度的大小，能夠控制冰晶生產(chǎn)的速率和冰晶的大小，進(jìn)而控制第一級(jí)孔徑的大?。粶囟忍荻鹊拇笮?duì)碳纖維的定向排布也有一定作用，溫度梯度越大碳纖維的排布方向越接近于溫度梯度的方向，最終第二級(jí)孔隙的排布方向也越接近于溫度梯度的方向。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一制備的零件在大氣燒之前的sem圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而不是限定。

本發(fā)明提供了一種利用溶劑結(jié)晶產(chǎn)生的定向孔隙來(lái)對(duì)陶瓷零件增韌的制造方法，包括以下步驟：

1)建立零件的三維模型，然后通過(guò)sla光固化成型技術(shù)制作兩端開(kāi)口的零件樹(shù)脂外殼；

2)配制陶瓷/碳纖維懸浮漿料并完成澆注。通過(guò)設(shè)置溫度梯度大小和方向來(lái)控制漿料中溶劑凝固的冰晶大小和結(jié)晶方向；

201、陶瓷/碳纖維懸浮漿料的配置過(guò)程具體包括：

2011、將有機(jī)單體丙烯酰胺am和交聯(lián)劑n,n′-亞甲基雙丙烯酰胺mbam，按照質(zhì)量比為(5～25):1混合配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％～25％的水基預(yù)混液。

2012、將陶瓷粉末和碳纖維加入水基預(yù)混液中，得到陶瓷漿料，并加入分散劑，得到預(yù)混漿料。陶瓷漿料中的陶瓷粉末和碳纖維的總質(zhì)量即固相含量為10～45％。碳纖維的加入量占漿料總質(zhì)量的5～25％。分散劑的添加量為陶瓷粉末和碳纖維總質(zhì)量的1～2％。

陶瓷漿料中的陶瓷粉末為碳化硅、氮化硅、碳化硼、硼化鋯或氧化鋁中的一種或多種組合而成的混合物，陶瓷粉末的粒徑為0.05～2μm。碳纖維長(zhǎng)度為0.1～5mm，直徑為5～15μm。

分散劑采用25wt％的四甲基氫氧化銨的水溶液。

2013、把預(yù)混漿料置入機(jī)械攪拌器內(nèi)攪拌，攪拌時(shí)間設(shè)定為10～60min，最終得到固相顆粒分散均勻的陶瓷/碳纖維懸浮漿料。

202、根據(jù)實(shí)際需要，通過(guò)設(shè)置溫度場(chǎng)使得漿料中的溶劑沿著溫度梯度的方向冷卻凝固定向結(jié)晶。將兩端開(kāi)口的零件樹(shù)脂外殼一端固定連接金屬板，優(yōu)選銅板；將懸浮漿料置入真空注型機(jī)內(nèi)，先后加入適量的催化劑(四甲基乙二胺的水溶液)和引發(fā)劑(過(guò)硫酸銨的水溶液)，攪拌均勻后開(kāi)始向零件樹(shù)脂外殼內(nèi)澆注懸浮漿料，并排盡懸浮漿料內(nèi)的氣泡。

催化劑為四甲基乙二胺和水按照1:3的質(zhì)量比配成的水溶液，添加質(zhì)量為水基預(yù)混液質(zhì)量的0.2～0.5％。引發(fā)劑為過(guò)硫酸銨和水按照3:7的質(zhì)量比配成的水溶液，添加質(zhì)量為水基預(yù)混液質(zhì)量的1～2％。

將澆注好懸浮漿料的零件樹(shù)脂外殼兩端分別置于冷端(-80～-10℃)和熱端(室溫)，并在澆注完漿料的零件樹(shù)脂外殼的外部包裹隔熱材料(石棉)，從而在漿料中形成從冷端到熱端的溫度場(chǎng)，使?jié){料中的溶劑沿著溫度梯度方向結(jié)晶。設(shè)置不同溫度梯度可以控制冰晶生長(zhǎng)速率與冰晶晶粒大小，以此來(lái)控制陶瓷素坯干燥后第一級(jí)孔隙的孔徑大小。

3)待陶瓷漿料完全凝固后使用液氮去殼后置入真空冷凍干燥箱中干燥，得到具有定向特征的第一級(jí)孔隙的復(fù)合材料零件素坯；具體是：

使用液氮將素坯的零件樹(shù)脂外殼剝離，再將其放入冷凍干燥機(jī)的真空負(fù)壓艙內(nèi)，持續(xù)抽真空(真空度保持在0.1pa～10pa)，從-20℃逐漸升溫至0℃，進(jìn)行梯度冷凍，冷凍總時(shí)間為25h，使得生坯內(nèi)的結(jié)晶水完全升華，從而得到干燥的具有第一級(jí)孔隙的零件素坯。

4)在真空條件下，經(jīng)過(guò)800～1200℃的脫脂，使素坯內(nèi)部的有機(jī)物熱解，去除零件素坯內(nèi)部的有機(jī)物，得到陶瓷零件的第三級(jí)孔隙；

在真空脫脂爐內(nèi)進(jìn)行脫脂，以室溫～200℃(升溫速率為5℃/min)、200～700℃(升溫速率為1℃/min)、700～800℃(升溫速率為2℃/min)、800～1200℃保溫1～3h作為升溫工藝參數(shù)。

5)使用cvd/cvi化學(xué)氣相沉積/滲透的方法在碳纖維表面上沉積得到一層均勻的sic作為界面層；

將干燥的素坯在化學(xué)氣相沉積/滲透爐中，以三氯甲基硅烷(mts)作為氣源物質(zhì)，氫氣作為載氣，氬氣作為稀釋氣，氬氣流量200～400ml/min，氫氣流量300～350ml/min。使沉積溫度900～1300℃，氣氛壓力0.5～5kpa，沉積時(shí)間2～24h，在碳纖維表面沉積均勻的一層sic作為界面層。

6)脫脂完成后，在含氧氛圍下，先以升溫速率為5℃/min從室溫升至200℃，然后以升溫速率為1℃/min從200℃升至700～900℃，并在700～900℃保溫1～3h，燒除沉積有sic界面層的陶瓷零件多孔體內(nèi)部的碳纖維，產(chǎn)生第二級(jí)孔隙，得到具有三級(jí)孔隙的陶瓷基復(fù)合材料零件。

此處第一級(jí)孔隙、第二級(jí)孔隙和第三級(jí)孔隙是按照孔隙的孔徑逐漸縮小的趨勢(shì)命名。

實(shí)施例一：

1)使用ug三維造型軟件設(shè)計(jì)零件的三維模型，輸出stl文件。使用快速成型后處理軟件magics進(jìn)行模型添加必要的支撐結(jié)構(gòu)，并切片分層。將處理后數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入sps600b型光固化成型設(shè)備制造零件的殼體。成型工藝參數(shù)設(shè)置為：uv光束功率為250mw，填充掃描速度4500.00mm/s，填充向量間距0.10mm，支撐掃描速度1200.00mm/s，跳跨速度1200.00mm/s，輪廓掃描速度4000.00mm/s，分層厚度70～100μm，光斑補(bǔ)償直徑150μm，工作臺(tái)升降速度3.00mm/s。加工結(jié)束之后用工業(yè)酒精清洗，去除表面液態(tài)殘余的樹(shù)脂材料并且去除支撐，置入紫外線(xiàn)固化箱進(jìn)一步固化后得到內(nèi)部具有層狀結(jié)構(gòu)的樹(shù)脂模具。

2)將有機(jī)單體(丙烯酰胺am)和交聯(lián)劑(n,n′-亞甲基雙丙烯酰胺mbam)按照質(zhì)量比為10:1混合，然后在室溫下(25℃)溶解到去離子水中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的水基預(yù)混液。將微米級(jí)sic和碳纖維混合粉末緩慢加入分散好的水基預(yù)混液中，得到固含量為30％的陶瓷漿料，碳纖維的加入量占漿料總質(zhì)量的15％，然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％的四甲基氫氧化銨的水溶液作為分散劑，分散劑的添加量是陶瓷粉末總質(zhì)量的1％，得到預(yù)混漿料。然后把預(yù)混漿料置入機(jī)械攪拌器內(nèi)攪拌，攪拌時(shí)間設(shè)定為20min，最終得到固相顆粒分散均勻的陶瓷/纖維懸浮漿料，陶瓷顆粒粒徑為0.05～2μm。

3)將零件樹(shù)脂外殼一端粘在銅板上，將懸浮漿料置入真空注型機(jī)內(nèi)，先后加入水基預(yù)混液質(zhì)量0.2％的催化劑和水基預(yù)混液質(zhì)量1％的引發(fā)劑，攪拌均勻后開(kāi)始向零件樹(shù)脂外殼內(nèi)澆注懸浮漿料，并排盡漿料內(nèi)的氣泡。待真空澆注完成后，將銅板放置在真空冷凍干燥箱的隔板上，并在陶瓷零件樹(shù)脂外殼四周包裹隔熱材料進(jìn)行隔熱，于是形成由下而上的垂直方向上的溫度場(chǎng)，溫度場(chǎng)的冷端為-40℃，熱端處于室溫，使?jié){料中的溶劑沿著溫度梯度方向結(jié)晶。

4)待陶瓷漿料完全凝固后使用液氮將素坯的樹(shù)脂模具剝離，再放入冷凍干燥機(jī)的真空負(fù)壓艙內(nèi)，持續(xù)抽真空，真空度保持在0.1pa，先后在-20℃/10h、-15℃/5h、-10℃/5h、0℃/5h的溫度下冷凍并保溫一定時(shí)間，使得生坯內(nèi)的結(jié)晶水完全升華，從而得到具有第一級(jí)定向孔隙的零件素坯，孔徑在20～50μm左右。

5)將零件素坯放在真空脫脂爐內(nèi)進(jìn)行脫脂，以室溫～200℃(升溫速率為5℃/min)、200～700℃(升溫速率為1℃/min)、700～900℃(升溫速率為2℃/min)、900℃保溫1h作為升溫工藝參數(shù)。脫脂完成后，使素坯內(nèi)部的有機(jī)物熱解，凝膠注模的小孔成為三級(jí)孔道。

6)將sic陶瓷零件素坯放在化學(xué)氣相沉積/滲透爐中，以三氯甲基硅烷(mts)作為氣源物質(zhì)，氫氣作為載氣，氬氣作為稀釋氣，氬氣流量300ml/min，氫氣流量300ml/min。使沉積溫1000℃，氣氛壓力1kpa，沉積時(shí)間3h。在碳纖維表面沉積均勻的一層sic作為界面層。

7)將零件放置在大氣燒結(jié)爐當(dāng)中進(jìn)行大氣燒的，先以升溫速率為5℃/min從室溫升至200℃，然后以升溫速率為1℃/min從200℃升至800℃，并在800℃保溫2h。碳纖維被燒蝕成為第二級(jí)孔隙。

對(duì)本實(shí)施例的陶瓷零件進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀(guān)察，結(jié)果如圖1所示，具有定向的孔隙，沿著豎直方向生長(zhǎng)的冰晶干燥之后留下第一級(jí)孔隙。凝膠的有機(jī)物熱解之后的第二級(jí)小孔的孔徑太小，圖中無(wú)法觀(guān)察到。碳纖維搭接在第一級(jí)孔隙之間，大氣燒之后碳纖維的位置將變成第三級(jí)孔隙。

實(shí)施例二：

1)使用ug三維造型軟件設(shè)計(jì)零件的三維模型，然后通過(guò)sla光固化成型技術(shù)制作零件樹(shù)脂外殼。

2)將有機(jī)單體(丙烯酰胺am)和交聯(lián)劑(n,n′-亞甲基雙丙烯酰胺mbam)按照質(zhì)量比為5:1混合，然后在室溫下(25℃)溶解到去離子水中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15％的水基預(yù)混液。將微米級(jí)氮化硅和碳化硼以任意比例的混合物和碳纖維混合粉末緩慢加入分散好的水基預(yù)混液中，得到固含量為10％的陶瓷漿料，碳纖維的加入量占漿料總質(zhì)量的5％，然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％的四甲基氫氧化銨的水溶液作為分散劑，分散劑的添加量是陶瓷粉末總質(zhì)量的1.5％，得到預(yù)混漿料。然后把預(yù)混漿料置入機(jī)械攪拌器內(nèi)攪拌，攪拌時(shí)間設(shè)定為30min，最終得到固相顆粒分散均勻的陶瓷/纖維懸浮漿料，陶瓷顆粒粒徑為0.05～2μm。

3)將零件樹(shù)脂外殼一端粘在銅板上，將懸浮漿料置入真空注型機(jī)內(nèi)，先后加入水基預(yù)混液質(zhì)量0.3％的催化劑和水基預(yù)混液質(zhì)量1.2％的引發(fā)劑，攪拌均勻后開(kāi)始向零件樹(shù)脂外殼內(nèi)澆注懸浮漿料，并排盡漿料內(nèi)的氣泡。待真空澆注完成后，將銅板放置在真空冷凍干燥箱的隔板上，并在陶瓷零件樹(shù)脂外殼四周包裹隔熱材料進(jìn)行隔熱，于是形成由下而上的垂直方向上的溫度場(chǎng)，溫度場(chǎng)的冷端為-80℃，熱端處于室溫，使?jié){料中的溶劑沿著溫度梯度方向結(jié)晶。

4)待陶瓷漿料完全凝固后使用液氮將素坯的樹(shù)脂模具剝離，再放入冷凍干燥機(jī)的真空負(fù)壓艙內(nèi)，持續(xù)抽真空，真空度保持在1pa，先后在-20℃/8h、-13℃/7h、-6℃/5h、0℃/5h的溫度下冷凍并保溫一定時(shí)間，使得生坯內(nèi)的結(jié)晶水完全升華，從而得到具有一級(jí)定向孔隙的零件素坯，孔徑在5～10μm左右。

5)將零件素坯放在真空脫脂爐內(nèi)進(jìn)行脫脂，以室溫～200℃(升溫速率為5℃/min)、200～700℃(升溫速率為1℃/min)、700～1000℃(升溫速率為2℃/min)、1000℃保溫1.5h作為升溫工藝參數(shù)。脫脂完成后，使素坯內(nèi)部的有機(jī)物熱解，凝膠注模的小孔成為三級(jí)孔道。

6)將sic陶瓷零件素坯放在化學(xué)氣相沉積/滲透爐中，以三氯甲基硅烷(mts)作為氣源物質(zhì)，氫氣作為載氣，氬氣作為稀釋氣，氬氣流量200ml/min，氫氣流量320ml/min。使沉積溫900℃，氣氛壓力0.5kpa，沉積時(shí)間2h。在碳纖維表面沉積均勻的一層sic作為界面層。

7)將零件放置在大氣燒結(jié)爐當(dāng)中進(jìn)行大氣燒，先以升溫速率為5℃/min從室溫升至200℃，然后以升溫速率為1℃/min從200℃升至700℃，并在700℃保溫3h。碳纖維被燒蝕成為第二級(jí)孔隙。

實(shí)施例三：

1)使用ug三維造型軟件設(shè)計(jì)零件的三維模型，然后通過(guò)sla光固化成型技術(shù)制作零件樹(shù)脂外殼。

2)將有機(jī)單體(丙烯酰胺am)和交聯(lián)劑(n,n′-亞甲基雙丙烯酰胺mbam)按照質(zhì)量比為25:1混合，然后在室溫下(25℃)溶解到去離子水中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％的水基預(yù)混液。將微米級(jí)硼化鋯和碳纖維混合粉末緩慢加入分散好的水基預(yù)混液中，得到固含量為45％的陶瓷漿料，碳纖維的加入量占漿料總質(zhì)量的25％，然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％的四甲基氫氧化銨的水溶液作為分散劑，分散劑的添加量是陶瓷粉末總質(zhì)量的2％，得到預(yù)混漿料。然后把預(yù)混漿料置入機(jī)械攪拌器內(nèi)攪拌，攪拌時(shí)間設(shè)定為10min，最終得到固相顆粒分散均勻的陶瓷/纖維懸浮漿料，陶瓷顆粒粒徑為0.05～2μm。

3)將零件樹(shù)脂外殼一端粘在銅板上，將懸浮漿料置入真空注型機(jī)內(nèi)，先后加入水基預(yù)混液質(zhì)量0.35％的催化劑和水基預(yù)混液質(zhì)量1.5％的引發(fā)劑，攪拌均勻后開(kāi)始向零件樹(shù)脂外殼內(nèi)澆注懸浮漿料，并排盡漿料內(nèi)的氣泡。待真空澆注完成后，將銅板放置在真空冷凍干燥箱的隔板上，并在陶瓷零件樹(shù)脂外殼四周包裹隔熱材料進(jìn)行隔熱，于是形成由下而上的垂直方向上的溫度場(chǎng)，溫度場(chǎng)的冷端為-10℃，熱端處于室溫，使?jié){料中的溶劑沿著溫度梯度方向結(jié)晶。

4)待陶瓷漿料完全凝固后使用液氮將素坯的樹(shù)脂模具剝離，再放入冷凍干燥機(jī)的真空負(fù)壓艙內(nèi)，持續(xù)抽真空，真空度保持在4pa，先后在-20℃/9h、-18℃/7h、-8℃/6h、0℃/3h的溫度下冷凍并保溫一定時(shí)間，使得生坯內(nèi)的結(jié)晶水完全升華，從而得到具有一級(jí)定向孔隙的零件素坯，孔徑在100～200μm左右。

5)將零件素坯放在真空脫脂爐內(nèi)進(jìn)行脫脂，以室溫～200℃(升溫速率為5℃/min)、200～700℃(升溫速率為1℃/min)、700～1100℃(升溫速率為2℃/min)、1100℃保溫2h作為升溫工藝參數(shù)。脫脂完成后，使素坯內(nèi)部的有機(jī)物熱解，凝膠注模的小孔成為三級(jí)孔道。

6)將sic陶瓷零件素坯放在化學(xué)氣相沉積/滲透爐中，以三氯甲基硅烷(mts)作為氣源物質(zhì)，氫氣作為載氣，氬氣作為稀釋氣，氬氣流量400ml/min，氫氣流量340ml/min。使沉積溫1100℃，氣氛壓力2kpa，沉積時(shí)間24h。在碳纖維表面沉積均勻的一層sic作為界面層。

7)將零件放置在大氣燒結(jié)爐當(dāng)中進(jìn)行大氣燒的，先以升溫速率為5℃/min從室溫升至200℃，然后以升溫速率為1℃/min從200℃升至750℃，并在750℃保溫2.5h。碳纖維被燒蝕成為第二級(jí)孔隙。

實(shí)施例四：

1)使用ug三維造型軟件設(shè)計(jì)零件的三維模型，然后通過(guò)sla光固化成型技術(shù)制作零件樹(shù)脂外殼。

2)將有機(jī)單體(丙烯酰胺am)和交聯(lián)劑(n,n′-亞甲基雙丙烯酰胺mbam)按照質(zhì)量比為20:1混合，然后在室溫下(25℃)溶解到去離子水中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18％的水基預(yù)混液。將微米級(jí)氧化鋁和碳纖維混合粉末緩慢加入分散好的水基預(yù)混液中，得到固含量為20％的陶瓷漿料，碳纖維的加入量占漿料總質(zhì)量的10％，然后加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％的四甲基氫氧化銨的水溶液作為分散劑，分散劑的添加量是陶瓷粉末總質(zhì)量的1.2％，得到預(yù)混漿料。然后把預(yù)混漿料置入機(jī)械攪拌器內(nèi)攪拌，攪拌時(shí)間設(shè)定為50min，最終得到固相顆粒分散均勻的陶瓷/纖維懸浮漿料，陶瓷顆粒粒徑為0.05～2μm。

3)將零件樹(shù)脂外殼一端粘在銅板上，將懸浮漿料置入真空注型機(jī)內(nèi)，先后加入水基預(yù)混液質(zhì)量0.45％的催化劑和水基預(yù)混液質(zhì)量1.8％的引發(fā)劑，攪拌均勻后開(kāi)始向零件樹(shù)脂外殼內(nèi)澆注懸浮漿料，并排盡漿料內(nèi)的氣泡。待真空澆注完成后，將銅板放置在真空冷凍干燥箱的隔板上，并在陶瓷零件樹(shù)脂外殼四周包裹隔熱材料進(jìn)行隔熱，于是形成由下而上的垂直方向上的溫度場(chǎng)，溫度場(chǎng)的冷端為-60℃，熱端處于室溫，使?jié){料中的溶劑沿著溫度梯度方向結(jié)晶。

4)待陶瓷漿料完全凝固后使用液氮將素坯的樹(shù)脂模具剝離，再放入冷凍干燥機(jī)的真空負(fù)壓艙內(nèi)，持續(xù)抽真空，真空度保持在8pa，先后在-20℃/8h、-16℃/7h、-12℃/6h、-5℃/4h的溫度下冷凍并保溫一定時(shí)間，使得生坯內(nèi)的結(jié)晶水完全升華，從而得到具有一級(jí)定向孔隙的零件素坯，孔徑在10～20μm左右。

5)將零件素坯放在真空脫脂爐內(nèi)進(jìn)行脫脂，以室溫～200℃(升溫速率為5℃/min)、200～700℃(升溫速率為1℃/min)、700～800℃(升溫速率為2℃/min)、800℃保溫3h作為升溫工藝參數(shù)。脫脂完成后，使素坯內(nèi)部的有機(jī)物熱解，凝膠注模的小孔成為三級(jí)孔道。

6)將sic陶瓷零件素坯放在化學(xué)氣相沉積/滲透爐中，以三氯甲基硅烷(mts)作為氣源物質(zhì)，氫氣作為載氣，氬氣作為稀釋氣，氬氣流量220ml/min，氫氣流量350ml/min。使沉積溫1200℃，氣氛壓力4kpa，沉積時(shí)間20h。在碳纖維表面沉積均勻的一層sic作為界面層。

7)將零件放置在大氣燒結(jié)爐當(dāng)中進(jìn)行大氣燒的，先以升溫速率為5℃/min從室溫升至200℃，然后以升溫速率為1℃/min從200℃升至850℃，并在850℃保溫2h。碳纖維被燒蝕成為第二級(jí)孔隙。

實(shí)施例五：

1)使用ug三維造型軟件設(shè)計(jì)零件的三維模型，然后通過(guò)sla光固化成型技術(shù)制作零件樹(shù)脂外殼。

2)將有機(jī)單體(丙烯酰胺am)和交聯(lián)劑(n,n′-亞甲基雙丙烯酰胺mbam)按照質(zhì)量比為15:1混合，然后在室溫下(25℃)溶解到去離子水中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22％的水基預(yù)混液。將微米級(jí)碳化硅、氮化硅和碳化硼以任意比例的混合物與碳纖維混合粉末緩慢加入分散好的水基預(yù)混液中，得到固含量為40％的陶瓷漿料，碳纖維的加入量占漿料總質(zhì)量的20％，然后加入固相成分為25wt％的四甲基氫氧化銨作為分散劑，分散劑的添加量是陶瓷粉末總質(zhì)量的1.8％，得到預(yù)混漿料。然后把預(yù)混漿料置入機(jī)械攪拌器內(nèi)攪拌，攪拌時(shí)間設(shè)定為60min，最終得到固相顆粒分散均勻的陶瓷/纖維懸浮漿料，陶瓷顆粒粒徑為0.05～2μm。

3)將零件樹(shù)脂外殼一端粘在銅板上，將懸浮漿料置入真空注型機(jī)內(nèi)，先后加入水基預(yù)混液質(zhì)量0.5％的催化劑和水基預(yù)混液質(zhì)量2％的引發(fā)劑，攪拌均勻后開(kāi)始向零件樹(shù)脂外殼內(nèi)澆注懸浮漿料，并排盡漿料內(nèi)的氣泡。待真空澆注完成后，將銅板放置在真空冷凍干燥箱的隔板上，并在陶瓷零件樹(shù)脂外殼四周包裹隔熱材料進(jìn)行隔熱，于是形成由下而上的垂直方向上的溫度場(chǎng)，溫度場(chǎng)的冷端為-20℃，熱端處于室溫，使?jié){料中的溶劑沿著溫度梯度方向結(jié)晶。

4)待陶瓷漿料完全凝固后使用液氮將素坯的樹(shù)脂模具剝離，再放入冷凍干燥機(jī)的真空負(fù)壓艙內(nèi)，持續(xù)抽真空，真空度保持在10pa，先后在-20℃/9h、-16℃/6h、-12℃/6h、-5℃/4h的溫度下冷凍并保溫一定時(shí)間，使得生坯內(nèi)的結(jié)晶水完全升華，從而得到具有一級(jí)定向孔隙的零件素坯，孔徑在50～100μm左右。

5)將零件素坯放在真空脫脂爐內(nèi)進(jìn)行脫脂，以室溫～200℃(升溫速率為5℃/min)、200～700℃(升溫速率為1℃/min)、700～1200℃(升溫速率為2℃/min)、1200℃保溫2.5h作為升溫工藝參數(shù)。脫脂完成后，使素坯內(nèi)部的有機(jī)物熱解，凝膠注模的小孔成為三級(jí)孔道。

6)將sic陶瓷零件素坯放在化學(xué)氣相沉積/滲透爐中，以三氯甲基硅烷(mts)作為氣源物質(zhì)，氫氣作為載氣，氬氣作為稀釋氣，氬氣流量360ml/min，氫氣流量310ml/min。使沉積溫1300℃，氣氛壓力5kpa，沉積時(shí)間10h。在碳纖維表面沉積均勻的一層sic作為界面層。

7)將零件放置在大氣燒結(jié)爐當(dāng)中進(jìn)行大氣燒的，先以升溫速率為5℃/min從室溫升至200℃，然后以升溫速率為1℃/min從200℃升至800℃，并在900℃保溫1h。碳纖維被燒蝕成為第二級(jí)孔隙。

由以上實(shí)施例可知，溫度梯度越大，冰晶生長(zhǎng)的越快，冰晶的大小就越小，冷凍干燥之后得到的孔徑就越小，孔徑大小范圍為5～200μm。