本发明涉及陶瓷零件制造领域，具体涉及一种具有三级孔隙的陶瓷基复合材料零件的制造方法。
背景技术：
以sic为代表的具有多级孔隙的陶瓷基复合材料具有耐强酸和耐高温性，可制作成满足高温、强酸等恶劣条件的过滤器件。在焦炉煤气和汽车尾气等干式除尘领域也具有广阔的应用前景。
具有多级孔隙的陶瓷基复合材料比表面积高、多孔、耐高温以及高硬度高强度等特性使之成为催化剂的良好载体。除此之外，陶瓷基复合材料稳定的化学性质，也是作为催化剂载体的巨大优势。
利用具有多级孔隙的陶瓷基复合材料当中闭孔的隔热作用可以做成隔热材料和换热器隔热材料，充分利用其孔隙度大、热交换面积大，同时耐热耐蚀不污染等特性。
声波在进入这种具有多级孔隙的陶瓷基复合材料的内部时，由于空气的粘滞性以及材料固有的阻尼特性，使声能不断损耗，起到吸收声能的作用。其中sic基多孔陶瓷具有良好的微波吸收特性，是一种非常有前途的吸波材料。
目前的多孔陶瓷材料的制备方法中，添加造孔剂的方法制作的气孔分布均匀性较差，有机泡沫浸渍法不能制造小孔径的孔隙。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种具有三级孔隙的陶瓷基复合材料零件的制造方法，能够生成分布较均匀的三级孔隙，并控制孔隙的排布方向。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
包括以下步骤：
1)建立零件三维模型，然后通过sla光固化成型技术，根据零件三维模型制作两端开口的零件树脂外壳；
2)通过有机单体、交联剂、碳纤维和陶瓷粉末配制悬浮浆料并向零件树脂外壳中完成浇注，通过设置温度场使得悬浮浆料中的溶剂沿着温度梯度的方向冷却凝固定向结晶，悬浮浆料完全凝固后去壳得到零件素坯；
3)对零件素坯进行真空冷冻干燥，得到具有第一级定向孔隙的零件素坯；
4)在800～1200℃的真空条件下保温，去除具有定向孔隙的零件素坯内部的有机物，产生第三级空隙，得到陶瓷零件多孔体；
5)使用化学气相沉积/渗透的方法在陶瓷零件多孔体内部碳纤维表面上沉积sic界面层；
6)在含氧氛围下，烧除沉积有sic界面层的陶瓷零件多孔体内部的碳纤维，产生第二级孔隙，得到具有三级孔隙的陶瓷基复合材料零件。
进一步地，步骤2)中，悬浮浆料的配制过程包括：
2011、将有机单体丙烯酰胺和交联剂n,n′-亚甲基双丙烯酰胺，按照质量比为(5～25):1混合，并配制成质量分数为15％～25％的水基预混液；
2012、将陶瓷粉末和碳纤维加入水基预混液中，得到陶瓷浆料，并加入分散剂，得到预混浆料；其中，陶瓷浆料中陶瓷粉末和碳纤维的固含量为10～45％，碳纤维的加入量占陶瓷浆料总质量的5～25％；分散剂的添加量为陶瓷粉末和碳纤维总质量的1～2％；
2013、将预混浆料搅拌均匀，得到固相颗粒分散均匀的悬浮浆料。
进一步地，陶瓷粉末的粒径为0.05～2μm，陶瓷粉末为碳化硅、氮化硅、碳化硼、硼化锆和氧化铝中的一种或两种以上以任意比例的混合物；碳纤维长度为0.1～5mm，直径为5～15μm；分散剂采用质量分数为25％的四甲基氢氧化铵的水溶液。
进一步地，步骤2)中浇注的具体步骤包括：
先将两端开口的零件树脂外壳一端固定连接金属板，并在零件树脂外壳的外部包裹隔热材料；将悬浮浆料置入真空注型机内，并加入占水基预混液质量0.2～0.5％的催化剂和占水基预混液质量1～2％的引发剂，搅拌均匀后向零件树脂外壳内浇注，并排尽气泡。
进一步地，催化剂为四甲基乙二胺和水按照1:3的质量比配成的水溶液，引发剂为过硫酸铵和水按照3:7的质量比配成的水溶液。
进一步地，步骤2)中将浇注悬浮浆料的零件树脂外壳两端分别置于-80～-10℃的冷端和温度为室温的热端，形成从冷端到热端的温度场。
进一步地，步骤2)中悬浮浆料完全凝固后，使用液氮去除零件树脂外壳，得到零件素坯；步骤3)中将零件素坯放入冷冻干燥机的真空负压舱内，真空度保持在0.1～10pa，从-20℃逐渐升温至0℃，进行梯度冷冻，冷冻总时间为25h，持续抽真空使零件素坯内的结晶水完全升华，得到具有第一级定向孔隙的零件素坯。
进一步地，步骤4)中的保温是在真空脱脂炉内进行的，先以升温速率为5℃/min从室温升至200℃，然后以升温速率为1℃/min从200℃升至700℃，再以升温速率为2℃/min从700℃升至800～1200℃，并在800～1200℃保温1～3h，产生第三级孔隙。
进一步地，步骤5)中沉积sic界面层具体包括：
首先将陶瓷零件多孔体放在化学气相沉积/渗透炉中，以三氯甲基硅烷作为气源物质，氢气作为载气，氩气作为稀释气，氩气流量200～400ml/min，氢气流量300～350ml/min；然后使沉积温度900～1300℃，气氛压力0.5～5kpa，沉积时间2～24h。
进一步地，步骤6)是在大气烧结炉当中烧除碳纤维的，先以升温速率为5℃/min从室温升至200℃，然后以升温速率为1℃/min从200℃升至700～900℃，并在700～900℃保温1～3h，产生第二级孔隙。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明利用快速成型结合凝胶注模技术，能够完成复杂多级孔隙零件的制造，具有能够制作精度高、表面质量好的复杂精细结构的优势。本发明可以根据零件的具体的受载情况来设置温度梯度的方向，控制冰晶的生长方向和碳纤维的大致排布方向，控制第一级孔隙和第二级孔隙的排布方向，一定程度上起到定向增强的效果。本发明利用化学气相沉积/渗透技术在碳纤维的表面均匀的沉积一层sic作为界面层，在大气中烧结完成后，碳纤维消失，sic界面层成为二级孔道的孔壁，且采用的碳纤维利于热解。本发明通过低温下控制陶瓷/碳纤维浆料溶剂结晶，结合快速成型、真空冷冻干燥、化学气相渗透、真空脱脂等陶瓷零件的制造工艺步骤，形成定向孔隙结构，能够有效增强和增韧。同时，本发明结合快速成形技术和凝胶注模技术，制得孔隙均匀的多孔结构材料，比表面积高，耐高温以及高硬度高强度，能实现较好的均匀性，还能制造多级孔隙的陶瓷材料，且材料的制备和零件的成形同时完成，均一性良好，能够广泛用于催化剂载体、隔热材料、声波吸收等领域。
进一步地，本发明通过调节温度梯度的大小，能够控制冰晶生产的速率和冰晶的大小，进而控制第一级孔径的大小；温度梯度的大小对碳纤维的定向排布也有一定作用，温度梯度越大碳纤维的排布方向越接近于温度梯度的方向，最终第二级孔隙的排布方向也越接近于温度梯度的方向。
附图说明
图1是本发明实施例一制备的零件在大气烧之前的sem图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明提供了一种利用溶剂结晶产生的定向孔隙来对陶瓷零件增韧的制造方法，包括以下步骤：
1)建立零件的三维模型，然后通过sla光固化成型技术制作两端开口的零件树脂外壳；
2)配制陶瓷/碳纤维悬浮浆料并完成浇注。通过设置温度梯度大小和方向来控制浆料中溶剂凝固的冰晶大小和结晶方向；
201、陶瓷/碳纤维悬浮浆料的配置过程具体包括：
2011、将有机单体丙烯酰胺am和交联剂n,n′-亚甲基双丙烯酰胺mbam，按照质量比为(5～25):1混合配制成质量分数为15％～25％的水基预混液。
2012、将陶瓷粉末和碳纤维加入水基预混液中，得到陶瓷浆料，并加入分散剂，得到预混浆料。陶瓷浆料中的陶瓷粉末和碳纤维的总质量即固相含量为10～45％。碳纤维的加入量占浆料总质量的5～25％。分散剂的添加量为陶瓷粉末和碳纤维总质量的1～2％。
陶瓷浆料中的陶瓷粉末为碳化硅、氮化硅、碳化硼、硼化锆或氧化铝中的一种或多种组合而成的混合物，陶瓷粉末的粒径为0.05～2μm。碳纤维长度为0.1～5mm，直径为5～15μm。
分散剂采用25wt％的四甲基氢氧化铵的水溶液。
2013、把预混浆料置入机械搅拌器内搅拌，搅拌时间设定为10～60min，最终得到固相颗粒分散均匀的陶瓷/碳纤维悬浮浆料。
202、根据实际需要，通过设置温度场使得浆料中的溶剂沿着温度梯度的方向冷却凝固定向结晶。将两端开口的零件树脂外壳一端固定连接金属板，优选铜板；将悬浮浆料置入真空注型机内，先后加入适量的催化剂(四甲基乙二胺的水溶液)和引发剂(过硫酸铵的水溶液)，搅拌均匀后开始向零件树脂外壳内浇注悬浮浆料，并排尽悬浮浆料内的气泡。
催化剂为四甲基乙二胺和水按照1:3的质量比配成的水溶液，添加质量为水基预混液质量的0.2～0.5％。引发剂为过硫酸铵和水按照3:7的质量比配成的水溶液，添加质量为水基预混液质量的1～2％。
将浇注好悬浮浆料的零件树脂外壳两端分别置于冷端(-80～-10℃)和热端(室温)，并在浇注完浆料的零件树脂外壳的外部包裹隔热材料(石棉)，从而在浆料中形成从冷端到热端的温度场，使浆料中的溶剂沿着温度梯度方向结晶。设置不同温度梯度可以控制冰晶生长速率与冰晶晶粒大小，以此来控制陶瓷素坯干燥后第一级孔隙的孔径大小。
3)待陶瓷浆料完全凝固后使用液氮去壳后置入真空冷冻干燥箱中干燥，得到具有定向特征的第一级孔隙的复合材料零件素坯；具体是：
使用液氮将素坯的零件树脂外壳剥离，再将其放入冷冻干燥机的真空负压舱内，持续抽真空(真空度保持在0.1pa～10pa)，从-20℃逐渐升温至0℃，进行梯度冷冻，冷冻总时间为25h，使得生坯内的结晶水完全升华，从而得到干燥的具有第一级孔隙的零件素坯。
4)在真空条件下，经过800～1200℃的脱脂，使素坯内部的有机物热解，去除零件素坯内部的有机物，得到陶瓷零件的第三级孔隙；
在真空脱脂炉内进行脱脂，以室温～200℃(升温速率为5℃/min)、200～700℃(升温速率为1℃/min)、700～800℃(升温速率为2℃/min)、800～1200℃保温1～3h作为升温工艺参数。
5)使用cvd/cvi化学气相沉积/渗透的方法在碳纤维表面上沉积得到一层均匀的sic作为界面层；
将干燥的素坯在化学气相沉积/渗透炉中，以三氯甲基硅烷(mts)作为气源物质，氢气作为载气，氩气作为稀释气，氩气流量200～400ml/min，氢气流量300～350ml/min。使沉积温度900～1300℃，气氛压力0.5～5kpa，沉积时间2～24h，在碳纤维表面沉积均匀的一层sic作为界面层。
6)脱脂完成后，在含氧氛围下，先以升温速率为5℃/min从室温升至200℃，然后以升温速率为1℃/min从200℃升至700～900℃，并在700～900℃保温1～3h，烧除沉积有sic界面层的陶瓷零件多孔体内部的碳纤维，产生第二级孔隙，得到具有三级孔隙的陶瓷基复合材料零件。
此处第一级孔隙、第二级孔隙和第三级孔隙是按照孔隙的孔径逐渐缩小的趋势命名。
实施例一：
1)使用ug三维造型软件设计零件的三维模型，输出stl文件。使用快速成型后处理软件magics进行模型添加必要的支撑结构，并切片分层。将处理后数据文件导入sps600b型光固化成型设备制造零件的壳体。成型工艺参数设置为：uv光束功率为250mw，填充扫描速度4500.00mm/s，填充向量间距0.10mm，支撑扫描速度1200.00mm/s，跳跨速度1200.00mm/s，轮廓扫描速度4000.00mm/s，分层厚度70～100μm，光斑补偿直径150μm，工作台升降速度3.00mm/s。加工结束之后用工业酒精清洗，去除表面液态残余的树脂材料并且去除支撑，置入紫外线固化箱进一步固化后得到内部具有层状结构的树脂模具。
2)将有机单体(丙烯酰胺am)和交联剂(n,n′-亚甲基双丙烯酰胺mbam)按照质量比为10:1混合，然后在室温下(25℃)溶解到去离子水中，配制成质量分数为20％的水基预混液。将微米级sic和碳纤维混合粉末缓慢加入分散好的水基预混液中，得到固含量为30％的陶瓷浆料，碳纤维的加入量占浆料总质量的15％，然后加入质量分数为25％的四甲基氢氧化铵的水溶液作为分散剂，分散剂的添加量是陶瓷粉末总质量的1％，得到预混浆料。然后把预混浆料置入机械搅拌器内搅拌，搅拌时间设定为20min，最终得到固相颗粒分散均匀的陶瓷/纤维悬浮浆料，陶瓷颗粒粒径为0.05～2μm。
3)将零件树脂外壳一端粘在铜板上，将悬浮浆料置入真空注型机内，先后加入水基预混液质量0.2％的催化剂和水基预混液质量1％的引发剂，搅拌均匀后开始向零件树脂外壳内浇注悬浮浆料，并排尽浆料内的气泡。待真空浇注完成后，将铜板放置在真空冷冻干燥箱的隔板上，并在陶瓷零件树脂外壳四周包裹隔热材料进行隔热，于是形成由下而上的垂直方向上的温度场，温度场的冷端为-40℃，热端处于室温，使浆料中的溶剂沿着温度梯度方向结晶。
4)待陶瓷浆料完全凝固后使用液氮将素坯的树脂模具剥离，再放入冷冻干燥机的真空负压舱内，持续抽真空，真空度保持在0.1pa，先后在-20℃/10h、-15℃/5h、-10℃/5h、0℃/5h的温度下冷冻并保温一定时间，使得生坯内的结晶水完全升华，从而得到具有第一级定向孔隙的零件素坯，孔径在20～50μm左右。
5)将零件素坯放在真空脱脂炉内进行脱脂，以室温～200℃(升温速率为5℃/min)、200～700℃(升温速率为1℃/min)、700～900℃(升温速率为2℃/min)、900℃保温1h作为升温工艺参数。脱脂完成后，使素坯内部的有机物热解，凝胶注模的小孔成为三级孔道。
6)将sic陶瓷零件素坯放在化学气相沉积/渗透炉中，以三氯甲基硅烷(mts)作为气源物质，氢气作为载气，氩气作为稀释气，氩气流量300ml/min，氢气流量300ml/min。使沉积温1000℃，气氛压力1kpa，沉积时间3h。在碳纤维表面沉积均匀的一层sic作为界面层。
7)将零件放置在大气烧结炉当中进行大气烧的，先以升温速率为5℃/min从室温升至200℃，然后以升温速率为1℃/min从200℃升至800℃，并在800℃保温2h。碳纤维被烧蚀成为第二级孔隙。
对本实施例的陶瓷零件进行扫描电子显微镜观察，结果如图1所示，具有定向的孔隙，沿着竖直方向生长的冰晶干燥之后留下第一级孔隙。凝胶的有机物热解之后的第二级小孔的孔径太小，图中无法观察到。碳纤维搭接在第一级孔隙之间，大气烧之后碳纤维的位置将变成第三级孔隙。
实施例二：
1)使用ug三维造型软件设计零件的三维模型，然后通过sla光固化成型技术制作零件树脂外壳。
2)将有机单体(丙烯酰胺am)和交联剂(n,n′-亚甲基双丙烯酰胺mbam)按照质量比为5:1混合，然后在室温下(25℃)溶解到去离子水中，配制成质量分数为15％的水基预混液。将微米级氮化硅和碳化硼以任意比例的混合物和碳纤维混合粉末缓慢加入分散好的水基预混液中，得到固含量为10％的陶瓷浆料，碳纤维的加入量占浆料总质量的5％，然后加入质量分数为25％的四甲基氢氧化铵的水溶液作为分散剂，分散剂的添加量是陶瓷粉末总质量的1.5％，得到预混浆料。然后把预混浆料置入机械搅拌器内搅拌，搅拌时间设定为30min，最终得到固相颗粒分散均匀的陶瓷/纤维悬浮浆料，陶瓷颗粒粒径为0.05～2μm。
3)将零件树脂外壳一端粘在铜板上，将悬浮浆料置入真空注型机内，先后加入水基预混液质量0.3％的催化剂和水基预混液质量1.2％的引发剂，搅拌均匀后开始向零件树脂外壳内浇注悬浮浆料，并排尽浆料内的气泡。待真空浇注完成后，将铜板放置在真空冷冻干燥箱的隔板上，并在陶瓷零件树脂外壳四周包裹隔热材料进行隔热，于是形成由下而上的垂直方向上的温度场，温度场的冷端为-80℃，热端处于室温，使浆料中的溶剂沿着温度梯度方向结晶。
4)待陶瓷浆料完全凝固后使用液氮将素坯的树脂模具剥离，再放入冷冻干燥机的真空负压舱内，持续抽真空，真空度保持在1pa，先后在-20℃/8h、-13℃/7h、-6℃/5h、0℃/5h的温度下冷冻并保温一定时间，使得生坯内的结晶水完全升华，从而得到具有一级定向孔隙的零件素坯，孔径在5～10μm左右。
5)将零件素坯放在真空脱脂炉内进行脱脂，以室温～200℃(升温速率为5℃/min)、200～700℃(升温速率为1℃/min)、700～1000℃(升温速率为2℃/min)、1000℃保温1.5h作为升温工艺参数。脱脂完成后，使素坯内部的有机物热解，凝胶注模的小孔成为三级孔道。
6)将sic陶瓷零件素坯放在化学气相沉积/渗透炉中，以三氯甲基硅烷(mts)作为气源物质，氢气作为载气，氩气作为稀释气，氩气流量200ml/min，氢气流量320ml/min。使沉积温900℃，气氛压力0.5kpa，沉积时间2h。在碳纤维表面沉积均匀的一层sic作为界面层。
7)将零件放置在大气烧结炉当中进行大气烧，先以升温速率为5℃/min从室温升至200℃，然后以升温速率为1℃/min从200℃升至700℃，并在700℃保温3h。碳纤维被烧蚀成为第二级孔隙。
实施例三：
1)使用ug三维造型软件设计零件的三维模型，然后通过sla光固化成型技术制作零件树脂外壳。
2)将有机单体(丙烯酰胺am)和交联剂(n,n′-亚甲基双丙烯酰胺mbam)按照质量比为25:1混合，然后在室温下(25℃)溶解到去离子水中，配制成质量分数为25％的水基预混液。将微米级硼化锆和碳纤维混合粉末缓慢加入分散好的水基预混液中，得到固含量为45％的陶瓷浆料，碳纤维的加入量占浆料总质量的25％，然后加入质量分数为25％的四甲基氢氧化铵的水溶液作为分散剂，分散剂的添加量是陶瓷粉末总质量的2％，得到预混浆料。然后把预混浆料置入机械搅拌器内搅拌，搅拌时间设定为10min，最终得到固相颗粒分散均匀的陶瓷/纤维悬浮浆料，陶瓷颗粒粒径为0.05～2μm。
3)将零件树脂外壳一端粘在铜板上，将悬浮浆料置入真空注型机内，先后加入水基预混液质量0.35％的催化剂和水基预混液质量1.5％的引发剂，搅拌均匀后开始向零件树脂外壳内浇注悬浮浆料，并排尽浆料内的气泡。待真空浇注完成后，将铜板放置在真空冷冻干燥箱的隔板上，并在陶瓷零件树脂外壳四周包裹隔热材料进行隔热，于是形成由下而上的垂直方向上的温度场，温度场的冷端为-10℃，热端处于室温，使浆料中的溶剂沿着温度梯度方向结晶。
4)待陶瓷浆料完全凝固后使用液氮将素坯的树脂模具剥离，再放入冷冻干燥机的真空负压舱内，持续抽真空，真空度保持在4pa，先后在-20℃/9h、-18℃/7h、-8℃/6h、0℃/3h的温度下冷冻并保温一定时间，使得生坯内的结晶水完全升华，从而得到具有一级定向孔隙的零件素坯，孔径在100～200μm左右。
5)将零件素坯放在真空脱脂炉内进行脱脂，以室温～200℃(升温速率为5℃/min)、200～700℃(升温速率为1℃/min)、700～1100℃(升温速率为2℃/min)、1100℃保温2h作为升温工艺参数。脱脂完成后，使素坯内部的有机物热解，凝胶注模的小孔成为三级孔道。
6)将sic陶瓷零件素坯放在化学气相沉积/渗透炉中，以三氯甲基硅烷(mts)作为气源物质，氢气作为载气，氩气作为稀释气，氩气流量400ml/min，氢气流量340ml/min。使沉积温1100℃，气氛压力2kpa，沉积时间24h。在碳纤维表面沉积均匀的一层sic作为界面层。
7)将零件放置在大气烧结炉当中进行大气烧的，先以升温速率为5℃/min从室温升至200℃，然后以升温速率为1℃/min从200℃升至750℃，并在750℃保温2.5h。碳纤维被烧蚀成为第二级孔隙。
实施例四：
1)使用ug三维造型软件设计零件的三维模型，然后通过sla光固化成型技术制作零件树脂外壳。
2)将有机单体(丙烯酰胺am)和交联剂(n,n′-亚甲基双丙烯酰胺mbam)按照质量比为20:1混合，然后在室温下(25℃)溶解到去离子水中，配制成质量分数为18％的水基预混液。将微米级氧化铝和碳纤维混合粉末缓慢加入分散好的水基预混液中，得到固含量为20％的陶瓷浆料，碳纤维的加入量占浆料总质量的10％，然后加入质量分数为25％的四甲基氢氧化铵的水溶液作为分散剂，分散剂的添加量是陶瓷粉末总质量的1.2％，得到预混浆料。然后把预混浆料置入机械搅拌器内搅拌，搅拌时间设定为50min，最终得到固相颗粒分散均匀的陶瓷/纤维悬浮浆料，陶瓷颗粒粒径为0.05～2μm。
3)将零件树脂外壳一端粘在铜板上，将悬浮浆料置入真空注型机内，先后加入水基预混液质量0.45％的催化剂和水基预混液质量1.8％的引发剂，搅拌均匀后开始向零件树脂外壳内浇注悬浮浆料，并排尽浆料内的气泡。待真空浇注完成后，将铜板放置在真空冷冻干燥箱的隔板上，并在陶瓷零件树脂外壳四周包裹隔热材料进行隔热，于是形成由下而上的垂直方向上的温度场，温度场的冷端为-60℃，热端处于室温，使浆料中的溶剂沿着温度梯度方向结晶。
4)待陶瓷浆料完全凝固后使用液氮将素坯的树脂模具剥离，再放入冷冻干燥机的真空负压舱内，持续抽真空，真空度保持在8pa，先后在-20℃/8h、-16℃/7h、-12℃/6h、-5℃/4h的温度下冷冻并保温一定时间，使得生坯内的结晶水完全升华，从而得到具有一级定向孔隙的零件素坯，孔径在10～20μm左右。
5)将零件素坯放在真空脱脂炉内进行脱脂，以室温～200℃(升温速率为5℃/min)、200～700℃(升温速率为1℃/min)、700～800℃(升温速率为2℃/min)、800℃保温3h作为升温工艺参数。脱脂完成后，使素坯内部的有机物热解，凝胶注模的小孔成为三级孔道。
6)将sic陶瓷零件素坯放在化学气相沉积/渗透炉中，以三氯甲基硅烷(mts)作为气源物质，氢气作为载气，氩气作为稀释气，氩气流量220ml/min，氢气流量350ml/min。使沉积温1200℃，气氛压力4kpa，沉积时间20h。在碳纤维表面沉积均匀的一层sic作为界面层。
7)将零件放置在大气烧结炉当中进行大气烧的，先以升温速率为5℃/min从室温升至200℃，然后以升温速率为1℃/min从200℃升至850℃，并在850℃保温2h。碳纤维被烧蚀成为第二级孔隙。
实施例五：
1)使用ug三维造型软件设计零件的三维模型，然后通过sla光固化成型技术制作零件树脂外壳。
2)将有机单体(丙烯酰胺am)和交联剂(n,n′-亚甲基双丙烯酰胺mbam)按照质量比为15:1混合，然后在室温下(25℃)溶解到去离子水中，配制成质量分数为22％的水基预混液。将微米级碳化硅、氮化硅和碳化硼以任意比例的混合物与碳纤维混合粉末缓慢加入分散好的水基预混液中，得到固含量为40％的陶瓷浆料，碳纤维的加入量占浆料总质量的20％，然后加入固相成分为25wt％的四甲基氢氧化铵作为分散剂，分散剂的添加量是陶瓷粉末总质量的1.8％，得到预混浆料。然后把预混浆料置入机械搅拌器内搅拌，搅拌时间设定为60min，最终得到固相颗粒分散均匀的陶瓷/纤维悬浮浆料，陶瓷颗粒粒径为0.05～2μm。
3)将零件树脂外壳一端粘在铜板上，将悬浮浆料置入真空注型机内，先后加入水基预混液质量0.5％的催化剂和水基预混液质量2％的引发剂，搅拌均匀后开始向零件树脂外壳内浇注悬浮浆料，并排尽浆料内的气泡。待真空浇注完成后，将铜板放置在真空冷冻干燥箱的隔板上，并在陶瓷零件树脂外壳四周包裹隔热材料进行隔热，于是形成由下而上的垂直方向上的温度场，温度场的冷端为-20℃，热端处于室温，使浆料中的溶剂沿着温度梯度方向结晶。
4)待陶瓷浆料完全凝固后使用液氮将素坯的树脂模具剥离，再放入冷冻干燥机的真空负压舱内，持续抽真空，真空度保持在10pa，先后在-20℃/9h、-16℃/6h、-12℃/6h、-5℃/4h的温度下冷冻并保温一定时间，使得生坯内的结晶水完全升华，从而得到具有一级定向孔隙的零件素坯，孔径在50～100μm左右。
5)将零件素坯放在真空脱脂炉内进行脱脂，以室温～200℃(升温速率为5℃/min)、200～700℃(升温速率为1℃/min)、700～1200℃(升温速率为2℃/min)、1200℃保温2.5h作为升温工艺参数。脱脂完成后，使素坯内部的有机物热解，凝胶注模的小孔成为三级孔道。
6)将sic陶瓷零件素坯放在化学气相沉积/渗透炉中，以三氯甲基硅烷(mts)作为气源物质，氢气作为载气，氩气作为稀释气，氩气流量360ml/min，氢气流量310ml/min。使沉积温1300℃，气氛压力5kpa，沉积时间10h。在碳纤维表面沉积均匀的一层sic作为界面层。
7)将零件放置在大气烧结炉当中进行大气烧的，先以升温速率为5℃/min从室温升至200℃，然后以升温速率为1℃/min从200℃升至800℃，并在900℃保温1h。碳纤维被烧蚀成为第二级孔隙。
由以上实施例可知，温度梯度越大，冰晶生长的越快，冰晶的大小就越小，冷冻干燥之后得到的孔径就越小，孔径大小范围为5～200μm。