供稿人:陳義、魯中良 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室 發(fā)布日期：2020-11-27
碳化硅陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕、高比強等特點，在高溫條件下，碳化硅陶瓷具有明顯的強度和斷裂韌性優(yōu)勢?，F(xiàn)階段，多采用化學(xué)氣相沉積(CVD)，反應(yīng)燒結(jié)，聚合物浸漬和熱解或添加劑燒結(jié)等后處理方法制備出簡單結(jié)構(gòu)的碳化硅陶瓷零件，但針對復(fù)雜零件（如熱交換器、法蘭、渦輪葉片）的成形，采用現(xiàn)有技術(shù)很難實現(xiàn)碳化硅復(fù)雜零件的快速制備。橡樹嶺國家實驗室[1]提出采用粘結(jié)劑噴射打印方法實現(xiàn)碳化硅零件素坯的成形，然后通過化學(xué)氣相滲透（CVI）方法實現(xiàn)碳化硅零件的致密化處理（如圖1）。
圖1 具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的碳化硅零件制造流程圖
粘結(jié)劑噴印零件的致密化處理通常通過熔融滲透或反應(yīng)燒結(jié)來實現(xiàn)，熔滲方法會導(dǎo)致SiC零件具有兩個不同的相，而反應(yīng)燒結(jié)方法需要在高溫條件下進行，會導(dǎo)致零件收縮和變形。而采用CVI方法，反應(yīng)在相對較低的溫度進行，通過控制反應(yīng)條件，能夠允許碳化硅均勻沉積和生長，并最終達(dá)到最佳滲透結(jié)果，實現(xiàn)SiC零件的最大程度致密化處理，并且保持著高結(jié)晶度（如圖2和圖3）。
圖2 CVI前后SiC零件光鏡界面圖
圖3 CVI處理后SiC零件透射圖
采用粘結(jié)劑噴射打印和CVI方法可實現(xiàn)高純度、復(fù)雜結(jié)構(gòu)SiC零件的快速成形，SiC零件的致密度可超過90%。SiC零件具有高純度和結(jié)晶度，其熱力學(xué)性能較好，其位移損傷容限和熱蠕變抗力與CVD方法成形的SiC零件相當(dāng)。SiC零件維持8~10%的孔隙率，其在室溫下的導(dǎo)熱系數(shù)和等雙軸彎曲強度可分別達(dá)到37 W·(m·K)?1和297 MPa。