[发明专利]激光立体成形氧化铝基共晶自生复合陶瓷的方法

摘要

一种激光立体成形氧化铝基共晶自生复合陶瓷的方法，通过激光立体成形氧化物共晶陶瓷材料，获得大体积共晶陶瓷体。本发明采用逐层铺陶瓷粉的方法，针对Al2O3基共晶陶瓷，保温温度一般控制在800～1300℃，并通过调整保温温度，实现不同的冷却速率和温度梯度。本发明利用重复堆积、多次熔覆的方法，使粉末重复熔于基体，从而实现共晶陶瓷的制备，能够快速熔化高熔点材料，实现＞3000K/cm的温度梯度，使材料激光成形过程中降低热应力并完全消除裂纹。在加热和成形过程中，同时充入高纯惰性气体，使得炉体中的空气完全逸出，消除了成形材料内部的气孔，可以获得稳定的晶体生长。本发明有效降低了成形材料与周围环境的温差和材料内部的热应力。

主权项

一种激光立体成形氧化铝基共晶自生复合陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，配制共晶陶瓷粉末；步骤2，共晶陶瓷粉末的铺粉与表面气氛加热炉加热；将得到的部分共晶陶瓷粉末均匀铺在金属基板上形成基底；将铺有基底的金属基板置于表面气氛加热炉的加热板上；打开气流计阀门向炉膛内通入保护气体N2气；N2气流量100～150ml/min；对共晶粉末加热至1200℃，加热中，600℃以下以导通比为20％的速度加热，600℃以上以导通比为40％的速度加热；加热中试样温度与加热板温度一致；加热中持续通入N2气；得到加热后的Al2O3/YAG共晶陶瓷基底；步骤3，成形共晶陶瓷；采用激光区熔方法成形共晶陶瓷的过程，其具体过程是：使激光器位于共晶陶瓷基底表面成形共晶陶瓷的起点处，对加热后的共晶陶瓷基底进行水平逐行扫描；当激光器完成第一行扫描后，沿共晶陶瓷基底表面宽度平移，进行第二行的水平扫描，得到在共晶陶瓷基底表面形成的第二道共晶陶瓷；以此类推，激光器逐渐向共晶陶瓷基底的宽度方向推进，直至整个共晶陶瓷基底表面形成第一层共晶陶瓷；当第一层共晶陶瓷的成形完成后，将剩余的共晶陶瓷粉末均匀铺覆在第一层共晶陶瓷上；激光器回到起点，按成形第一层共晶陶瓷的方法，在得到的第一层共晶陶瓷表面继续成形第二层共晶陶瓷；当第二层共晶陶瓷的成形完成后，继续将剩余的共晶陶瓷粉末均匀铺覆在第二层共晶陶瓷上；激光器回到起点，按成形第一层共晶陶瓷的方法，在得到的第二层共晶陶瓷表面继续成形第三层共晶陶瓷；重复上述激光区熔成形共晶陶瓷的过程，得到所需的共晶陶瓷；成形共晶陶瓷中，激光功率为200～600W，激光扫描速度0.6～6mm/min，激光光斑直径为8～12mm；在激光区熔过程中，表面气氛加热炉对试样持续加热，使试样的温度保持在1200℃，并通入N2气；步骤4，共晶体陶瓷冷却，当得到所需体积的共晶陶瓷后，表面气氛加热炉以10～20℃/min的降温速度冷却至800℃后，得到的共晶陶瓷随炉冷却至室温，从而获得共晶自生复合陶瓷。