一种金属增材制造封装或包覆陶瓷件的方法与流程

本发明属于金属增擦制造领域，特别涉及一种金属增材制造封装或包覆陶瓷件的方法。

背景技术：

陶瓷材料虽然具有优异的绝缘(大部分陶瓷)、耐高温、抗腐蚀性能及耐磨性能，但其脆性大、加工性能差的缺点使其难以制备出大型或者是形状复杂的结构件。金属材料具有优良的室温强度、韧性、导电性和导热性，与陶瓷材料在性能上形成了一种明显的互补关系。使用包覆技术将两种材料可靠的结合起来，就可以充分利用各自的优良性能，制造出满足要求的复杂构件。

但由于陶瓷材料与金属材料化学键结构根本不同，加上陶瓷本身特殊的物理化学性能，因此无论是与金属连接还是陶瓷自身的连接都存在不少的难题。其主要体现在如下两个问题，其一：陶瓷材料主要由离子键和共价键组成，金属材料则主要是由金属键构成，二者几乎不浸润，因此需要考虑陶瓷与金属材料的润湿性问题，其二：两者的线膨胀系数一般相差较大，当采用热封或者机械连接时，陶瓷与金属的接头处会有较大的应力残留，削弱接头的力学性能甚至使接头受到破坏开裂，因此需考虑结头处的热应力缓解问题。

随着陶瓷材料的发展，国内外学者们也不断探索可靠的陶瓷与金属的包覆方法来提高先进陶瓷材料的应用范围，主要有磁控溅射技术、电镀、消失模制造方法。

磁控溅射是通过在靶阴极表面引入磁场，利用磁场对带电粒子的约束来提高等离子体密度以增加溅射率，但此技术一般用与镀纳米膜，在厚膜包覆方面处于劣势。

电镀是利用电解原理在某些金属或非金属表面镀上一薄层其它金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其它材料制件的表面附着一层金属膜的工艺从而防止金属氧化，提高金属耐磨性、导电性、反光性及抗腐蚀性等，但该工艺污染严重，且镀层厚，依然处于微米级，对于毫米级包覆层无能为力。

反应熔覆消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇，配置含有自蔓延反应体系粉末与金属助剂的涂层粉末涂覆于模样表面，再经刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法，但该方法的陶瓷基的性能较低，无法满足实际应用的需要。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种金属增材制造封装或包覆陶瓷件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)通过三维建模软件以及切片软件建立模型；

(2)将待用陶瓷件进行预处理工艺，并将打印用的基板进行预热处理；

(3)将步骤(2)处理的基板置于平台上，并选定需要规格的金属粉末放入粉缸内，利用slm选择性激光熔化技术于高纯氩气环境下打印出与待用陶瓷件形状与尺寸相匹配的凹槽；

(4)将步骤(2)预处理过的陶瓷件置于步骤(3)制备的凹槽内，采用压机压入打印的金属凹槽中，并在高纯氩气环境下打印陶瓷件顶部金属件，实现金属对陶瓷件的完整封装和包覆；

(5)将步骤(4)包覆完成的陶瓷件进行致密烧结处理，保证金属包覆层的致密化以及金属件和陶瓷的紧密结合，并通过线切割获取最终包覆层厚度的包覆件。

优选的，步骤(3)所述的激光熔化slm的功率为150-300w，其尺寸的矫正系数为3-10％，凹槽尺寸高于陶瓷0-0.1mm。

优选的，步骤(4)所述的金属为不锈钢粉、铜粉、铝粉、钛粉或上述金属的合金粉末；陶瓷件材料为al2o3、aln、sic或sio2。

优选的，步骤(5)所述的致密烧结温度与所选择得包覆材料相关。

本发明的有益效果为：提供了一种金属增材制造封装或包覆陶瓷件的方法，该方法可用于包覆各种正投影陶瓷件、可按照需求精准地包覆指定厚度的零件；与磁控溅射技术相比，该方法可包覆厚度无限制、成本更低；与化学镀法相比，该方法无污染、陶瓷与金属间结合力更强；与熔模制造技术相比，该方法对所包覆的陶瓷件的硬度无要求、灵活性更大。

附图说明

图1为金属增材制造封装或包覆陶瓷体的工艺流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种金属增材制造封装或包覆陶瓷件的方法，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：

本发明利用增材制造实现铜粉包覆圆形al2o3陶瓷材料的新工艺，其材料为：300目气雾化纯铜粉10kg，2r＝90mm、h＝20mm的圆形al2o3陶瓷件。具体方法步骤如下：

(1)通过三维建模软件以及切片软件建立尺寸匹配的同心圆柱模型；

(2)将待用陶瓷件进行预处理，同时基板进行预热处理；

(3)将步骤(2)处理的基板置于平台上，选定300目气雾化纯铜粉放入粉缸内，利用选择性激光熔化slm于高纯氩气环境下打印出2r＝85mm，h＝20.1mm的正圆形凹槽；

(4)将步骤(2)圆形al2o3陶瓷件置于步骤(3)制备的凹槽内，采用压机压入打印的金属凹槽中，并在高纯氩气环境下打印陶瓷件顶部金属件，实现金属对陶瓷件的完整封装和包覆；

(5)将步骤(4)包覆完成的陶瓷件进行致密烧结处理，保证金属包覆层的致密化以及金属件和陶瓷的紧密结合，并通过线切割获取最终包覆件。

实施例2：

本发明利用增材制造实现铜粉包覆正六棱柱al2o3陶瓷材料的新工艺，其材料为：325目气雾化纯铜粉10kg，2a＝85mm、h＝20mm的正六棱柱al2o3陶瓷件。具体方法步骤如下：

(1)通过三维建模软件以及切片软件建立尺寸匹配的同心正六棱柱模型；

(2)将待用陶瓷件进行预处理，同时基板进行预热处理；

(3)将步骤(2)处理的基板置于平台上，选定325目气雾化纯铜粉放入粉缸内，利用选择性激光熔化slm于高纯氩气环境下打印出2a＝85mm，h＝20.1mm的正六边形凹槽；

(4)将步骤(2)正六棱柱al2o3陶瓷件置于步骤(3)制备的凹槽内，采用压机压入打印的金属凹槽中，并在高纯氩气环境下打印陶瓷件顶部金属件，实现金属对陶瓷件的完整封装和包覆；

(5)将步骤(4)包覆完成的陶瓷件进行致密烧结处理，保证金属包覆层的致密化以及金属件和陶瓷的紧密结合，并通过线切割获取最终包覆件。

实施例3：

本发明利用增材制造实现铝包覆正六边形aln陶瓷材料的新工艺，其材料为：325目气雾化铝粉10kg，2a＝85mm、h＝20mm的正六棱柱aln陶瓷件。具体方法步骤如下：

(1)通过三维建模软件以及切片软件建立尺寸匹配的同心正六棱柱模型；

(2)将待用陶瓷件进行预处理，同时基板进行预热处理；

(3)将步骤(2)处理的基板置于平台上，选定325目气雾化铝粉放入粉缸内，利用选择性激光熔化slm于高纯氩气环境下打印出2a＝85mm，h＝20.1mm的正六边形凹槽；

(4)将步骤(2)正六棱柱aln陶瓷件置于步骤(3)制备的凹槽内，采用压机压入打印的金属凹槽中，并在高纯氩气环境下打印陶瓷件顶部金属件，实现金属对陶瓷件的完整封装和包覆；

(5)将步骤(4)包覆完成的陶瓷件进行致密烧结处理，保证金属包覆层的致密化以及金属件和陶瓷的紧密结合，并通过线切割获取最终包覆件。