Si3N4陶瓷的快速成型研究

曹 沖，沈景鳳，張培志，郭方全，祁 海

(1.上海理工大學 機械工程學院，上海200093；2.上海材料研究所，上海200437)

Si3N4陶瓷的快速成型研究

曹 沖1,2，沈景鳳1，張培志2，郭方全2，祁 海2

(1.上海理工大學 機械工程學院，上海200093；2.上海材料研究所，上海200437)

針對傳統陶瓷成型方法成本高、周期長的問題，以氮化硅(Si3N4)和環氧樹脂(EP)為材料，采用機械混合的方法制備Si3N4/EP復合粉末，通過選區激光燒結實驗制備氮化硅零件素坯，再依次進行冷等靜壓、排膠、氣壓燒結等工藝處理后制得氮化硅陶瓷零件。結果表明，上述工藝實現了氮化硅陶瓷零件的個性化定制及近凈尺寸成形，增大了素坯的密度和強度。最終制得密度約在3.2 g/cm3，硬度(HV10)在1 700 kgf/mm2以上，斷裂韌性在6.0 MPa·m1/2以上，三點抗彎強度在900 MPa以上的高性能氮化硅陶瓷零件。

選區激光燒結；機械混合；粘結劑；氮化硅陶瓷；硬度；斷裂韌性；抗彎強度

氮化硅是一種典型的高溫結構陶瓷，有高硬度、高強度、高耐磨性及良好的防腐性能，在石油、化工、機械、醫學等領域的應用廣泛[1]。傳統工藝陶瓷成型方法如：可塑法成型、注漿法成型和壓制法成型等通常需要借助模具來實現，增大了制造成本，適用于批量生產。借助快速成型技術-選擇性激光燒結(Selective Laser Sintering，SLS)可以制作形狀復雜的陶瓷零件素坯，再經過排膠、等靜壓等后處理方法得到滿足一定強度要求的零部件，實現零件的近凈尺寸成形和個性化制造，縮短了制造周期，降低了制造成本[2-3]。

SLS采用軟件離散-材料堆積的原理實現零件的成型。首先用分層切片軟件對CAD模型進行Z方向上的離散分層，導入計算機后利用精確引導的激光束照射粉末材料，使其燒結熔融，未燒結的粉末則作為零件的支撐,如此逐層疊加形成零件的三維實體?！?br>