西北工業(yè)大學：基于3D打印和化學氣相滲透技術制備SiC晶須增強SiC陶瓷基復合材料

供稿人:隨雨濃 魯中良

西北工業(yè)大學的研究團隊提出了一種基于3D打印和CVI技術制備SiC W / SiC復合材料的新方法。該方法包括三個步驟（圖1）：碳化硅晶須經(jīng)過離心噴霧干燥造粒形成SiC W球形顆粒，然后利用噴膠粘粉成型法制備預制體，最后使用CVI 化學氣相滲透技術對SiC W預制體進行致密化處理，得到SiC W / SiC復合材料。

圖1 SiCw/SiC復合材料制備流程圖

該團隊在研究中使用平均直徑為1.5μm，平均長度為18μm且純度為≥99％的 SiC W （Beantown Chemical，UK）制備陶瓷漿料，聚乙二醇（PEG，M r  = 400，天津科密歐化學試劑有限公司，中國）作為分散劑將SiC W分散在去離子水中，四甲基乙二胺（TMAH，天津富辰化學試劑公司）用來調節(jié)漿料的PH，糊精（M W  = 504，天津鼎盛新化學有限公司，中國）作為粘結劑，混合均勻后得到陶瓷漿料。

圖2 通過離心噴霧干燥造粒成的SiC W球形顆粒

圖2 顯示了使用離心噴霧干燥獲得的SiC W球形顆粒的形態(tài)和粒度分布。具體地，從圖2a中的SEM圖像觀察到，附聚率非常高，并且SiC W粉末幾乎完全被�；�成球形顆粒。圖 2b中的SEM圖像顯示SiC W顆粒具有球形形狀。圖 2c中的SEM圖像顯示SiC W在球體中隨機取向，這使得球體是各向同性的。從圖2中所示的粒度分布d，可以看出，SiC W球形顆粒呈現(xiàn)單峰和窄粒度分布，表明粒徑集中。

本文通過結合噴霧干燥，噴膠粘粉和CVI，開發(fā)了一種新方法，用于制備具有合適機械性能的SiC W / SiC。這三種技術的結合提供了幾個好處。通過離心噴霧干燥，將流動性差且具有不規(guī)則形狀，針形或片狀的陶瓷粉末聚集成球形。球形顆粒是噴膠粘粉成型的理想原料。噴膠粘粉成型產品不需要模具和復雜的加工。而且，通過噴膠粘粉成型可以快速制備幾何形狀復雜的產品，從而節(jié)省了成本并縮短了生產周期。此外，由CVI制備的陶瓷基體純凈，致密且連續(xù)，具有高模量和強度。陶瓷基體的引入使預制件致密化。因此，該新方法有望具有廣泛的實際應用。在這項工作中， SiC W / SiC的抗彎強度和斷裂韌性高達200 MPa和3.4 MPa m 1/2。

參考文獻：
Lv X, Ye F, Cheng L, et al. Fabrication of SiC whisker-reinforced SiC ceramic matrix composites based on 3D printing and chemical vapor infiltration technology[J]. Journal of the European Ceramic Society, 2019, 39(11): 3380-3386.
https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.04.043

供稿人:隨雨濃 魯中良
供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室