光固化原型热解制备陶瓷构件碳支架的反应机理

›› 2007, Vol. 43 ›› Issue (1): 105-109.

光固化原型热解制备陶瓷构件碳支架的反应机理

崔志中;李涤尘;李济顺;段玉刚

西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室;河南科技大学河南省高校先进制造技术重点实验室;河南科技大学河南省机械设计及传动系统重点实验室

发布日期:2007-01-15

REACTIVE MECHANISMS OF PYROLYSIS OF STEREOLITHOGRAPHY PROTOTYPE FOR PREPARATION OF CARBON TEMPLATE

CUI Zhizhong;LI Dichen;LI Jishun;DUAN Yugang

State Key Laboratory of Manufacturing Systems Engineering, Xi’an Jiaotong University Key Laboratory of Advanced Manufacturing Technology in University of Henan Province, Henan University of Science and Technology et al

Published:2007-01-15

摘要/Abstract

摘要： 提出一种基于光固化快速成形技术的制造复杂形状碳化硅陶瓷构件的新工艺。设计制造构件的光固化原型，在真空炉中以20 ℃/min的升温速度加热到800 ℃，并保温30 min将其热解得到碳支架材料。利用热解/红外光谱联用分析仪分析光固化树脂热解过程中逸出气体的成分；用能谱和红外光谱分析热解残留物的元素成分和官能团，并用扫描电镜表征残留物的显微结构；用Archimedes法测定热解碳的气孔率。根据分析结果可以推定，热解过程为缩聚反应，在此过程中逸出小分子烷烃、CO2和醛类挥发分，残留物为多孔碳并含有少量氢和氧元素。碳支架的气孔率达到42%，随升温速度加快而增加。光固化原型的热解碳残留率为10%，碳支架的弯曲强度达到22 Mpa，可以满足后续渗硅工艺的要求。

关键词: 傅里叶红外光谱仪, 光固化原型, 热解, 碳支架

Abstract: A novel process for fabricating complex-shaped silicon carbide ceramic parts based on the stereolithography (SL) prototyping techonology is presented. Carbon template is fabricated by pyrolysis of SL prototype at a heating rate of 20 ℃/min from room temperature to 800 ℃ and then hold 30 min under vacuum. The identification of volatile components derived from pyrolysis of photo-curable resin is investigated by pyrolysis / Fourier transforms infrared spectrometer (Py/FTIR). The ele-ments identification and chemical bond analysis of the pyro-lyzate of photo-curable resin are studied by X-ray photoelectron spectrometer (XPS) and FTIR respectively. The morphology of the carbon template is analyzed by scanning electron micro-scope (SEM). Open porosity of the carbon templates are meas-ured by Archimedes principle. The results show that the pyroly-sis reaction is a condensation polymerization process in which low molecular weight paraffin hydrocarbon, CO2 and aldehyde are produced and escape in gaseity. So a little carbon is lost. The pyrolyzates are porous carbonaceous materials that contain a little H and O. The open porosity is 42% and increases with the heating rate. The residual carbon mass fraction of SL proto-type is 10%. The bending strength of the carbon template is 22 Mpa that is sufficient for the requirement of infiltration of Si.

Key words: Carbon template, Fourier transforms infrared spectrometer, Pyrolysis, Stereolithography prototype

中图分类号:

TB332

崔志中;李涤尘;李济顺;段玉刚. 光固化原型热解制备陶瓷构件碳支架的反应机理[J]. , 2007, 43(1): 105-109.

CUI Zhizhong;LI Dichen;LI Jishun;DUAN Yugang. REACTIVE MECHANISMS OF PYROLYSIS OF STEREOLITHOGRAPHY PROTOTYPE FOR PREPARATION OF CARBON TEMPLATE[J]. , 2007, 43(1): 105-109.

[1]	王福吉, 王东, 殷俊伟, 杨帆, 赵猛, 王泽刚. CFRP复合材料铣削表层损伤形成机制分析[J]. 机械工程学报, 2019, 55(13): 195-204.
[2]	晏梦雪, 田小永, 彭刚, 李涤尘, 姚瑞娟, 张薇, 白锐, 孟伟杰. 轻质复合材料飞行器仪器支架选择性激光烧结成形与性能研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(13): 144-150.
[3]	王福吉, 胡海波, 张博宇, 马建伟, 赵猛. 复合材料成型分层缺陷在钻削横刃挤压阶段的扩展行为[J]. 机械工程学报, 2019, 55(11): 197-204.
[4]	庄蔚敏, 王楠, 吴迪, 武世杰, 敖文宏, 刘西洋. 碳纤维复合材料层合板三点弯曲损伤仿真研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(10): 109-114.
[5]	胡培利, 单忠德, 刘云志, 刘丰, 侯卓健. 复合材料构件预制体压实致密工艺研究[J]. 机械工程学报, 2019, 55(9): 191-197.
[6]	王琥, 李启迪, 李光耀. 变刚度复合材料结构设计方法及不确定性分析研究进展[J]. 机械工程学报, 2019, 55(8): 46-55.
[7]	刘成龙, 周金宇, 邱睿. 复合材料层合板可靠性分析的发生函数法[J]. 机械工程学报, 2019, 55(4): 67-74.
[8]	贾振元, 毕广健, 王福吉, 王小楠, 张博宇. 碳纤维增强树脂基复合材料切削机理研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(23): 199-208.
[9]	王福吉, 钱宝伟, 成德, 贾振元, 付饶, 殷俊伟. 钻削CFRP的双顶角钻头磨损及抑制新方法[J]. 机械工程学报, 2018, 54(15): 171-179.
[10]	马浩, 高殿荣, 毋少峰, 梁瑛娜. 水压马达仿生非光滑表面配流副摩擦磨损研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(13): 142-152.
[11]	马小飞, 李团结, 王辉, 褚克萍. Kevlar纤维张力索蠕变性能研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(9): 128-134.
[12]	庞生洋, 胡成龙, 杨鸷, 汤素芳. 预制体结构对C/C复合材料力学性能、断裂行为以及热物性能的影响[J]. 机械工程学报, 2018, 54(9): 97-107.
[13]	王福吉, 殷俊伟, 贾振元, 马建伟, 徐震宇, 王东. CFRP复合材料铣削力、温度及表层损伤分析[J]. 机械工程学报, 2018, 54(3): 186-195.
[14]	刘登俊, 关庆丰, 王志平, 路鹏程, 李娜, 吕鹏. 电热处理对湿热环境作用下碳纤维环氧复合材料的损伤机制[J]. 机械工程学报, 2017, 53(18): 64-70.
[15]	朱国华, 成艾国, 王振, 雷发桂. 电动车轻量化复合材料车身骨架多尺度分析[J]. 机械工程学报, 2016, 52(6): 145-152.