本發(fā)明涉及3D打印材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超級(jí)合金3D打印復(fù)合材料制備方法。
背景技術(shù)：
3D打印(3DP)是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。
3D打印通常是采用數(shù)字技術(shù)材料打印機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。常在模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域被用于制造模型，后逐漸用于一些產(chǎn)品的直接制造，已經(jīng)有使用這種技術(shù)打印而成的零部件。該技術(shù)在珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工(AEC)、汽車，航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域都有所應(yīng)用。
3DP已被證明可以制造各種由金屬、陶瓷和聚合物材料組成的復(fù)雜形狀部件。與聚合物基材料不同，采用三維打印工藝制造金屬和陶瓷部件仍然處于研發(fā)階段，需要找到材料和新方法克服現(xiàn)有工藝的不足，3DP的工藝特點(diǎn)為粉體顆粒堆垛并由粘結(jié)劑粘結(jié)在一起，3DP坯體的孔隙較多，這導(dǎo)致3DP部件的強(qiáng)度較低。為了提高3DP材料的強(qiáng)度，需要采用后處理工藝，其中常用的后處理工藝為燒結(jié)工藝，其燒結(jié)溫度需要一臨界值，既保證提高材料密度又不改變材料組織結(jié)構(gòu)和部件外形結(jié)構(gòu)，但是，燒結(jié)后的材料線收縮率很大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種超級(jí)合金3D打印復(fù)合材料，制備的Ti3AlC2增韌Ti2O3-Al2O3復(fù)合材料具有密度低、硬度高、抗腐蝕、抗磨損以及良好的高溫抗氧化性能，該工藝解決了3DP配體孔隙率較多導(dǎo)致3DP部件的強(qiáng)度較低的問(wèn)題，既能保證提高材料密度又不改變材料組織結(jié)構(gòu)和部件外形結(jié)構(gòu)，燒結(jié)后的材料線收縮率有所下降，可以有效解決背景技術(shù)中的問(wèn)題。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種超級(jí)合金3D打印復(fù)合材料制備方法，采用如下配方與工藝：
配方：
四氯化鈦40-48份、乙腈12-14份、三級(jí)胺24-29份、偏二甲肼4-9份、氰化氫1-5份、氫氣1-3份、氮?dú)?0-36份、TiO2粉30-40份、TiC粉10-15份、糊精粉20-24份。
加工工藝：
(1)采用中溫化學(xué)氣相沉積方法，以有機(jī)化合物乙腈、三級(jí)胺、偏二甲肼、氰化氫為主要反應(yīng)氣體與四氯化鈦、氫氣和氮?dú)庠?00-900℃溫度下產(chǎn)生分解、化合反應(yīng),生成Ti(C.N)材料；
(2)將TiO2粉、TiC粉、糊精粉以及上述步驟(1)得到的Ti(C.N)材料與蒸餾水混合，球磨10-24h混合均勻，采用真空冷凍—干燥儀去除水分，過(guò)篩得到混合粉體；
(3)所得混合粉體經(jīng)三維打印成型制成預(yù)制體，在惰性氣氛中1400-1500℃燒結(jié)30-50min；
(4)將定量的鋁錠放置在燒結(jié)的預(yù)制體表面，并放入剛玉坩堝中，在1300-1500℃保溫70-100min，得到Ti3AlC2增韌Ti2O3-Al2O3復(fù)合材料。
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明制備的Ti3AlC2增韌Ti2O3-Al2O3復(fù)合材料具有密度低、硬度高、抗腐蝕、抗磨損以及良好的高溫抗氧化性能，該工藝解決了3DP配體孔隙率較多導(dǎo)致3DP部件的強(qiáng)度較低的問(wèn)題，既能保證提高材料密度又不改變材料組織結(jié)構(gòu)和部件外形結(jié)構(gòu)，燒結(jié)后的材料線收縮率有所下降。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實(shí)施例1：
本發(fā)明提供了一種超級(jí)合金3D打印復(fù)合材料，其配方為：
四氯化鈦40份、乙腈12份、三級(jí)胺24份、偏二甲肼4份、氰化氫1份、氫氣1份、氮?dú)?0份、TiO2粉30份、TiC粉10份、糊精粉20份。
其制備工藝包括如下步驟：
(1)采用中溫化學(xué)氣相沉積方法，以有機(jī)化合物乙腈、三級(jí)胺、偏二甲肼、氰化氫為主要反應(yīng)氣體與四氯化鈦、氫氣和氮?dú)庠?00℃溫度下產(chǎn)生分解、化合反應(yīng),生成Ti(C.N)材料；
(2)將TiO2粉、TiC粉、糊精粉以及上述步驟(1)得到的Ti(C.N)材料與蒸餾水混合，球磨10h混合均勻，采用真空冷凍—干燥儀去除水分，過(guò)篩得到混合粉體；
(3)所得混合粉體經(jīng)三維打印成型制成預(yù)制體，在惰性氣氛中1400℃燒結(jié)30min；
(4)將定量的鋁錠放置在燒結(jié)的預(yù)制體表面，并放入剛玉坩堝中，在1300℃保溫70min，得到Ti3AlC2增韌Ti2O3-Al2O3復(fù)合材料。
實(shí)施例2：
本發(fā)明提供了一種超級(jí)合金3D打印復(fù)合材料，其配方為：
四氯化鈦46份、乙腈13份、三級(jí)胺26份、偏二甲肼6份、氰化氫4份、氫氣2份、氮?dú)?5份、TiO2粉35份、TiC粉13份、糊精粉22份。
其制備工藝包括如下步驟：
(1)采用中溫化學(xué)氣相沉積方法，以有機(jī)化合物乙腈、三級(jí)胺、偏二甲肼、氰化氫為主要反應(yīng)氣體與四氯化鈦、氫氣和氮?dú)庠?00-900℃溫度下產(chǎn)生分解、化合反應(yīng),生成Ti(C.N)材料；
(2)將TiO2粉、TiC粉、糊精粉以及上述步驟(1)得到的Ti(C.N)材料與蒸餾水混合，球磨18h混合均勻，采用真空冷凍—干燥儀去除水分，過(guò)篩得到混合粉體；
(3)所得混合粉體經(jīng)三維打印成型制成預(yù)制體，在惰性氣氛中1450℃燒結(jié)40min。
(4)將定量的鋁錠放置在燒結(jié)的預(yù)制體表面，并放入剛玉坩堝中，在1400℃保溫85min，得到Ti3AlC2增韌Ti2O3-Al2O3復(fù)合材料。
實(shí)施例3：
本發(fā)明提供了一種超級(jí)合金3D打印復(fù)合材料，其配方為：
四氯化鈦48份、乙腈14份、三級(jí)胺29份、偏二甲肼9份、氰化氫5份、氫氣3份、氮?dú)?6份、TiO2粉40份、TiC粉15份、糊精粉24份。
其制備工藝包括如下步驟：
(1)采用中溫化學(xué)氣相沉積方法，以有機(jī)化合物乙腈、三級(jí)胺、偏二甲肼、氰化氫為主要反應(yīng)氣體與四氯化鈦、氫氣和氮?dú)庠?00℃溫度下產(chǎn)生分解、化合反應(yīng),生成Ti(C.N)材料；
(2)將TiO2粉、TiC粉、糊精粉以及上述步驟(1)得到的Ti(C.N)材料與蒸餾水混合，球磨24h混合均勻，采用真空冷凍—干燥儀去除水分，過(guò)篩得到混合粉體；
(3)所得混合粉體經(jīng)三維打印成型制成預(yù)制體，在惰性氣氛中1500℃燒結(jié)50min。
(4)將定量的鋁錠放置在燒結(jié)的預(yù)制體表面，并放入剛玉坩堝中，在1500℃保溫100min，得到Ti3AlC2增韌Ti2O3-Al2O3復(fù)合材料。
在以上過(guò)程中，三維打印成型的預(yù)制體孔隙率為55％，預(yù)燒結(jié)后的預(yù)制體孔隙率為63％，孔隙率的增加是糊精分解導(dǎo)致的。在熱解過(guò)程中，預(yù)制體中的糊精在800℃分解成碳，而碳在燒結(jié)過(guò)程中于1400℃把TiO2還原成Ti2O3。
采用以上工藝可近尺寸制備復(fù)雜形狀的部件，三維打印預(yù)制體滲Al后得到了Ti3AlC2增韌TiAl3—Al2O3復(fù)合材料部件，CAD模型相比，三維打印復(fù)合材料的面內(nèi)體積膨脹僅為1.5％，垂直于面內(nèi)方向的體積收縮僅為3.2％。
采用Ti3AlC2增韌TiAl3—Al2O3復(fù)合材料單邊切口試樣進(jìn)行了裂紋擴(kuò)展行為研究，結(jié)果表明，該復(fù)合材料表現(xiàn)出顯著的R-曲線行為。Ti3AlC2的納米層狀結(jié)構(gòu)減小了裂紋尖端應(yīng)力，增加了裂紋表面，起到了裂紋橋接和釘扎的作用，這導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展阻力隨著裂紋的擴(kuò)展而增加。
三維打印工藝具有成本低、周期短、易操作等優(yōu)點(diǎn)。采用三維打印成型與反應(yīng)熔體滲透工藝相結(jié)合，不但可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀部件的近尺寸制造，而且可實(shí)現(xiàn)新型陶瓷基復(fù)合材料的組分和微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而可同步獲得性能優(yōu)異的陶瓷基復(fù)合材料及其復(fù)雜形狀部件。
基于上述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明制備的Ti3AlC2增韌Ti2O3-Al2O3復(fù)合材料具有密度低、硬度高、抗腐蝕、抗磨損以及良好的高溫抗氧化性能，該工藝解決了3DP配體孔隙率較多導(dǎo)致3DP部件的強(qiáng)度較低的問(wèn)題，既能保證提高材料密度又不改變材料組織結(jié)構(gòu)和部件外形結(jié)構(gòu)，燒結(jié)后的材料線收縮率有所下降。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。