一种具有高强度高韧性的仿生陶瓷/连续纤维复合材料及其制备方法

本发明涉及仿生材料领域，特别是涉及一种具有高强度高韧性的仿生陶瓷/连续纤维复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、低密度、高强度和抗冲击等优异性能，因此被广泛应用于化学工业、机械、电子、航空航天和生物医学工程等领域。此外，一些陶瓷材料还具有优异的生物相容性，进而扩大了其在生物医学领域的应用。然而，陶瓷的塑性极低、强度不高、易发生脆性断裂等问题，也限制了陶瓷材料的适用性。陶瓷材料的强度和韧性是相对的，当强度增加时，韧性就会降低。因此，陶瓷材料的韧性和强度的协同问题是一大难题。基于陶瓷材料的广泛应用和其存在的韧性差问题，目前亟需研究一种高强度高韧性陶瓷材料，以期该陶瓷材料具有更加优异的性能，扩大其应用范围。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明提供了一种具有高强度高韧性的仿生陶瓷/连续纤维复合材料及其制备方法。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面，提供了一种具有高强度高韧性的仿生陶瓷/连续纤维复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

4、1)制备陶瓷浆料；

5、2)使用三维建模软件对海绵骨针结构进行三维建模，设计出海绵骨针仿生结构模型，所述海绵骨针仿生结构模型包括长方体的壳体和内部的上下通孔结构；

6、3)以陶瓷浆料为原料，使用仿生结构模型，采用还原光聚合3d打印技术，打印出生胚；

7、4)所述生胚经清洗、固化、干燥后进行脱脂和烧结处理，获得海绵骨针仿生结构的模型实体；

8、5)将连续纤维插入到模型实体的内部的上下通孔结构中，后加入浸渗剂，浸渗后再进行固化，获得高强度高韧性的仿生陶瓷/连续纤维复合材料。

9、本发明的第二个方面，提供了由上述制备方法制备的仿生陶瓷/连续纤维复合材料。

10、本发明的有益效果在于：

11、(1)本发明采用脱脂、烧结、连续纤维插入和浸渗剂固化三个步骤，利用还原光聚合(vpp)3d打印技术得到海绵骨针仿生结构的模型实体，无需在前期配制打印材料时加入添加剂。

12、(2)本发明采用还原光聚合(vpp)3d打印技术可以直接打印成零件形状，不需要二次加工；加工零件形状建模更容易，柔性更强。

13、(3)将连续纤维的数量和位置将被视为可变参数，通过对数量和位置的优化制备出具有高强度高韧性的仿生陶瓷/连续纤维复合材料。

14、(4)本发明的通过内部强化和增韧陶瓷的制备方法，制备了轻质、高强度、高韧性和抗损伤的陶瓷结构。

技术特征：

1.一种具有高强度高韧性的仿生陶瓷/连续纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷浆料为高固相比陶瓷浆料，其原料按重量份包括：氧化铝粉体69份、树脂单体29份、光引发剂1份和助烧剂1份；

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷浆料的制备方法包括以下步骤：

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述长方体的壳体的尺寸为30mm*4mm*3mm。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述3d打印技术的参数为：切片层厚度为30μm～90μm，激光功率为50mw～180mw，扫描间距为0.02mm～0.04mm。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述生胚的清洗利用无水乙醇洗涤10～20min；

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述连续纤维的成分为为市售的复合碳纤维，优选的，碳的含量为60％，树脂的含量为40％；

8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸渗剂的成分为环氧树脂、甲基四氯苯酐、固化促进剂。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加入浸渗剂的方法为：将连续纤维插入到海绵骨针仿生结构的模型实体的内部的上下通孔结构中，后加入制备好的浸渗剂，直至模型实体完全浸入浸渗剂溶液中；

10.利用权利要求1～9任一项所述的制备方法制备的仿生陶瓷/连续纤维复合材料。

技术总结
本发明公开了一种具有高强度高韧性的仿生陶瓷/连续纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备陶瓷浆料；使用三维建模软件对海绵骨针结构进行三维建模，设计出海绵骨针仿生结构模型，所述海绵骨针仿生结构模型包括长方体的壳体和内部的上下通孔结构；以陶瓷浆料为原料，使用仿生结构模型，采用还原光聚合(VPP)3D打印技术，打印出生胚；所述生胚经清洗、固化、干燥后进行脱脂和烧结处理，获得海绵骨针仿生结构的模型实体；将连续纤维插入到模型实体的内部的上下通孔结构中，后加入浸渗剂，浸渗后再进行固化，获得高强度高韧性的仿生陶瓷/连续纤维复合材料。通过内部强化和增韧陶瓷的方法制备出高强度、高韧性的陶瓷复合材料。

技术研发人员：孔德坤,郭安福,周晓燕,吴海龙,屈鹏,王绍清
受保护的技术使用者：聊城大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11