АДДИТИВНОЕ ИЗГОТОВЛЕНИЕ КОМПОНЕНТОВ НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ С ВНЕДРЕННЫМИ АЛМАЗНЫМИ ЧАСТИЦАМИ Российский патент 2023 года по МПК C04B35/52 B29C64/165 C04B41/85 B28B1/16 

Настоящее изобретение относится к способу изготовления компонентов, содержащих алмазные частицы, внедренные в матрицу карбида кремния, а также к компонентам, которые можно получить этим способом.

В последние годы тенденция ко все более высокой точности, миниатюризации и экологической оптимизации прослеживается во многих областях, от машиностроения и производства полупроводников до аэрокосмических технологий, что касается продуктов, а также, что касается технологии, в области фрезерования, шлифования, хонингования, сверления или аддитивного производства. Поэтому для удовлетворения постоянно растущих требований к рабочим характеристикам электронных или механических компонентов необходимы производственные возможности, обеспечивающие высокую точность позиционирования и точность размеров.

В частности, в области полупроводниковой промышленности карбид кремния (SiC) зарекомендовал себя как популярный материал для компонентов благодаря его высокой твердости и жесткости при одновременно низкой плотности и низком тепловом расширении. Для повышения износостойкости и регулирования температуры таких изделий из карбида кремния в карбид кремния можно добавлять алмазные частицы. Это дает преимущества с точки зрения износостойкости, которая востребована также в других областях применения, например, для таких инструментов, как фрезы, хои, сверла или шлифовальные инструменты, или для компонентов для защиты от износа, таких как контактные уплотнительные кольца, сопла, обкладки или штифты. Кроме того, при одновременном применении каналов охлаждения можно оптимизировать управление температурой и, тем самым, теплоотвод, а также срок службы или параметры обработки. Становится также возможным оптимизировать придание формы, например, бионического типа, в том, что касается веса или назначения.

В отличие от обычных материалов, таких как пропитанный кремнием карбид кремния (SiSiC), спеченный карбид кремния (SSiC) или стеклокерамика, карбид кремния с алмазным наполнителем (DiaSiC) улучшает как свойства материала, необходимые для изготовленных из него инструментов для обработки компонентов, а так и свойства компонентов, изготовленных из DiaSiC. Однако традиционные методы обработки DiaSiC, такие как шликерное литье или прессование, ограничивают внедрение сложных форм, необходимых для амбициозных приложений. Это объясняется, в частности, ограниченными возможностями обработки карбида кремния с алмазным наполнением, поскольку некерамизированный компонент приводит во время обработки к высокому износу инструмента, а фрезеровочную пыль, которая возникает в связи с алмазами, трудно повторно использовать, и послеобжиговая обработка, особенно в случае пропитанного кремнием DiaSiC, из-за перехода между твердым алмазом и мягким металлическим кремнием, возможна лишь в очень ограниченной степени. Таким образом, существует потребность в способе обработки карбида кремния с алмазным наполнением, который устраняет указанные выше недостатки.

В документе WO 99/12866 описывается способ получения композитного материала алмаз/карбид кремния/кремний с использованием алмазных частиц, включающий этапы формирования заготовки с пористостью 25-60 об.%, нагревания заготовки и контроля температуры и времени нагревания, чтобы получить определенное желаемое количество графита в результате графитизации алмазных частиц, при этом образуется промежуточное тело, причем количество графита, получаемого в результате графитизации, составляет от 1 до 50 вес.% от количества алмаза, способ включает также пропитку кремнием промежуточного тела.

В патенте US 8474362 описывается усиленный алмазами керамический композиционный материал на основе карбида кремния. Добавление алмаза позволяет повысить твердость и модуль упругости материала, что сделало его особенно подходящим для использования в качестве материала для брони. Композиционный материал получают методом литья осаждением.

В WO 2004/108630 описан способ получения насквозь прокаленного композиционного материала алмаз/карбид кремния, согласно которому смесь микрокристаллической алмазной пыли и порошка кристаллического кремния измельчают в шаровой мельнице и полученную смесь затем спекают при давлении от 5 ГПа до 8 ГПа и температуре от 1400K до 2300K.

В WO 2015/112574 описана многослойная подложка, которая содержит составной слой, содержащий алмазные частицы и частицы карбида кремния, и алмазный слой, нанесенный на составной слой путем химического осаждения из паровой фазы (CVD).

В EP 2915663 описан способ, в котором поочередно наносят слои керамического порошка и предкерамического полимера, причем слой предкерамического полимера наносят в форме, которая соответствует поперечному сечению объекта. Предкерамический полимер предпочтительно представляет собой поли(гидридокарбин). В результате получают поликристаллический алмаз, состоящий из ультрадисперсного алмаза и поли(гидридокарбина).

В US 9402322 описан способ получения оптического волновода с использованием 3D-принтера, в соответствии с которым наносится множество слоев поли(гидридокарбина) с геометрией оболочки волновода и множество слоев поли(метилсилина) в форме сердечника волновода, а затем слои нагревают, в результате получается оптический волновод, имеющий сердечник из поликристаллического карбида кремния, окруженный поликристаллическим алмазом.

Заявка US 2018/0087134 относится к способу получения поликристаллического алмазного долота (PDC), при этом получают градиентный граничный слой с градиентом коэффициентов теплового расширения посредством образования множества промежуточных слоев, из которых по меньшей мере два имеют разные коэффициенты теплового расширения и нанесены между термостойким поликристаллическим алмазным долотом (TSP) и основой. При этом градиент градиентного граничного слоя меняется в промежутке между коэффициентами теплового расширения основы и термостойкого поликристаллического алмазного долота.

Однако способы, описанные в предшествующем уровне техники, имеют тот недостаток, что сложные компоненты могут быть изготовлены, если это вообще возможно, лишь с огромными усилиями. Поэтому задачей настоящего изобретения является разработать способ, который позволит производить компоненты на основе карбида кремния, усиленного алмазными частицами, имеющие высокое структурное разрешение.

Неожиданно оказалось, что компоненты с соответствующим высоким структурным разрешением, содержащие усиленный алмазными частицами карбид кремния, можно получать также методом аддитивного производства.

Поэтому первым объектом настоящего изобретения является способ получения компонента методом аддитивного производства, при этом компонент содержит алмазные частицы, внедренные в матрицу карбида кремния, причем способ включает этап, на котором наносят первый слой из по меньшей мере одного первого материала на основе карбида кремния, и следующий этап, на котором наносят второй слой из по меньшей мере одного второго материала на основе карбида кремния, при этом по меньшей мере один из материалов на основе карбида кремния содержит алмазные частицы.

Неожиданно оказалось, что таким способом можно реализовать также сложные и филигранные структуры с высоким разрешением, какие невозможно получить обычными способами получения, такими как прессование. Таким образом, можно простым и несложным способом получать, например, компоненты со сложной внутренней структурой, которая возникает, например, из-за наличия внутренних охлаждающих каналов.

Кроме того, неожиданно было обнаружено, что использование материала на основе карбида кремния обеспечивает лучшую стабильность размеров по сравнению, например, с материалами без первичных частиц карбида кремния, даже с компонентами больших размеров, что особенно выгодно для дальнейшей обработки компонента. Далее, этим способом можно также получить стабильное тело, изготовленное из материала, который не подвергается воздействию кремния на последующих технологических этапах, таких например, как пропитка кремнием.

Наилучшее структурное разрешение и наивысшая точность размеров достигались, когда компонент изготавливался отдельными слоями. Поэтому предпочтительным является вариант осуществления способа по изобретению, в котором компонент создается послойно. В одном предпочтительном варианте осуществления компонент создается из по меньшей мере 50 слоев, предпочтительно по меньшей мере 70 слоев.

В одном предпочтительном варианте способ аддитивного производства выбран из группы, состоящей из стереолитографии (SL), струйной печати материала/прямой печати чернилами (DIP), прямой записи чернилами (DIW), робокастинга (FDM), струйной печати связующим (3D-печать), селективного лазерного спекания и комбинации этих способов.

Общим для этих способов является послойное формирование компонента в процессе производства. Таким образом, способ согласно изобретению включает этап, на котором наносят первый слой из по меньшей мере одного первого материала на основе карбида кремния, и следующий этап, на котором наносят второй слой из по меньшей мере одного второго материала на основе карбида кремния, причем по меньшей мере один из материалов содержит алмазные частицы. Под алмазными частицами предпочтительно имеются в виду частиц, выбранные из группы, состоящей из алмазных наночастиц, алмазных микрочастиц и их смесей.

В контексте настоящего изобретения алмазными наночастицами называются алмазные частицы с размером не более 200 нм. Алмазными микрочастицами в контексте настоящего изобретения называются алмазные частицы с размером больше или равным 2 мкм. При этом размер частиц можно определить, например, методом лазерной дифрактометрии.

В одном предпочтительном варианте осуществления алмазные наночастицы, использующиеся в способе согласно изобретению, имеют размер, определенный методом лазерной дифрактометрии, от 40 до 160 нм, предпочтительно от 50 до 150 нм. В следующем предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения алмазные микрочастицы, использующиеся в способе согласно изобретению, имеют размер, определенный методом лазерной дифрактометрии, от 3 до 300 мкм, предпочтительно от 4 до 100 мкм, особенно предпочтительно от 30 до 300 мкм, в частности, от 40 до 100 мкм. В альтернативном предпочтительном варианте осуществления алмазные микрочастицы имеют размер от 3 до 10 мкм и/или от 25 до 45 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии.

В одном предпочтительном варианте осуществления первый материал на основе карбида кремния включает внедренные в него алмазные микрочастицы, причем алмазные микрочастицы предпочтительно имеют размер от 3 до 300 мкм, особенно предпочтительно от 4 до 100 мкм, наиболее предпочтительно от 30 до 300 мкм, в частности, от 40 до 100 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии. В альтернативном предпочтительном варианте осуществления алмазные микрочастицы имеют размер от 3 до 10 мкм и/или от 25 до 45 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии.

В следующем предпочтительном варианте осуществления второй материал на основе карбида кремния включает внедренные в него алмазные наночастицы, причем алмазные наночастицы предпочтительно имеют размер от 40 до 160 нм, особенно предпочтительно от 50 до 150 нм. В следующем предпочтительном варианте осуществления первый материал на основе карбида кремния включает внедренные в него алмазные наночастицы, причем алмазные наночастицы предпочтительно имеют размер от 40 до 160 нм, особенно предпочтительно от 50 до 150 нм. В следующем предпочтительном варианте осуществления второй материал на основе карбида кремния включает внедренные в него алмазные микрочастицы, причем алмазные микрочастицы предпочтительно имеют размер частиц от 3 до 300 мкм, особенно предпочтительно от 4 до 100 мкм. При этом размер частиц можно в каждом случае определить методом лазерной дифрактометрии. Особенно предпочтительно, алмазные микрочастицы имеют размер от 3 до 300 мкм, предпочтительно от 4 до 100 мкм, особенно предпочтительно от 30 до 300 мкм, в частности, от 40 до 100 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии. В альтернативном предпочтительном варианте осуществления алмазные микрочастицы имеют размер частиц от 3 до 10 мкм и/или от 25 до 45 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии.

В одном предпочтительном варианте осуществления алмазные частицы представляют собой смесь алмазных частиц, причем смесь предпочтительно содержит алмазные наночастицы и алмазные микрочастицы, причем алмазные наночастицы предпочтительно имеют размер от 40 до 160 нм, в частности, от 50 до 150 нм, а алмазные микрочастицы предпочтительно имеют размер от 3 до 300 мкм, предпочтительно от 4 до 100 мкм, особенно предпочтительно от 30 до 300 мкм, в частности, от 40 до 100 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии. В альтернативном предпочтительном варианте осуществления алмазные микрочастицы имеют размер от 3 до 10 мкм и/или от 25 до 45 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления способ согласно изобретению включает также этап, на котором наносят слой материала на основе карбида кремния, который не содержит алмазных частиц. Этот этап может быть выполнен в любое время в ходе процесса согласно изобретению, предпочтительно перед нанесением первого слоя, или между нанесением первого слоя и второго слоя, или после нанесения первого и/или второго слоя.

В следующем предпочтительном варианте осуществления используемые алмазные частицы имеют покрытие.

Неожиданно было обнаружено, что способ согласно изобретению позволяет производить компоненты, состав которых меняется по объему компонента, например, что касается количества, формы или размера алмазных частиц. Этого изменения можно достичь, в частности, за счет использования разных материалов на основе карбида кремния. Первый материал на основе карбида кремния и второй материал на основе карбида кремния предпочтительно являются идентичными или разными.

В одном предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере первый и/или по меньшей мере второй материал наносят в форме порошка. При этом порошок, помимо материала на основе карбида кремния, предпочтительно содержит и другие составляющие, выбранные из списка, состоящего из алмазных частиц, графита, сажи и органических соединений.

В альтернативном предпочтительном варианте осуществления по меньшей мере первый и/или по меньшей мере второй материал наносят в форме шликера. При этом шликер, в дополнение к материалу на основе карбида кремния, содержит и другие составляющие, которые выбраны из списка, состоящего из алмазных частиц, графита, сажи и органических соединений. Кроме того, шликер предпочтительно содержит жидкую составляющую. Под жидкой составляющей предпочтительно имеется в виду составляющая, выбранная из группы, состоящей из воды, органических растворителей и их смесей.

В одном предпочтительном варианте осуществления способ согласно изобретению включает также нанесение связующего, причем связующее предпочтительно наносят в соответствии с желаемым поперечным сечением изготавливаемого компонента. Связующее предпочтительно содержит одно или несколько органических соединений, выбранных из группы, состоящей из смол, полисахаридов, поливинилового спирта, целлюлозы и производных целлюлозы, лигносульфонатов, полиэтиленгликоля, поливинильных производных, полиакрилатов и их смесей.

Метод аддитивного производства для получения компонента, содержащего внедренные в матрицу карбида кремния алмазные частицы, предпочтительно является производным от метода прямой записи чернилами. Таким образом, способ согласно изобретению в одном предпочтительном варианте осуществления включает следующие этапы:

a) нанесение по меньшей мере одного первого материала на основе карбида кремния, причем материал наносится в форме стренги, которая соответствует желательной геометрии позднейшего компонента, с получением первого слоя,

b) нанесение по меньшей мере одного второго материала на основе карбида кремния на по меньшей мере часть первого слоя, причем материал наносится в форме стренги, которая соответствует желательной геометрии позднейшего компонента, с получением второго слоя,

c) повторение этапов a) и b) до получения желаемого компонента,

причем по меньшей мере один из двух материалов на основе карбида кремния содержит алмазные частицы, предпочтительно выбранные из группы, состоящей из алмазных наночастиц, алмазных микрочастиц и их смесей. При этом алмазные наночастицы предпочтительно имеют размер от 40 до 160 нм, в частности, от 50 до 150 нм, а алмазные микрочастицы предпочтительно имеют размер от 3 до 300 мкм, особенно предпочтительно от 4 до 100 мкм, наиболее предпочтительно от 30 до 300 мкм, в частности, от 40 до 100 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии. В альтернативном предпочтительном варианте осуществления алмазные микрочастицы имеют размер от 3 до 10 мкм и/или от 25 до 45 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии.

В одном предпочтительном варианте осуществления этого альтернативного варианта способ согласно изобретению дополнительно включает один или несколько этапов сушки. При этом сушка предпочтительно проводится после нанесения первого и/или второго материала. Кроме того, первый материал и второй материал предпочтительно являются одинаковыми или разными.

В следующем предпочтительном альтернативном варианте осуществления способ согласно изобретению содержит следующие этапы:

a) нанесение первого шликера, содержащего карбид кремния, с получением первого слоя,

b) отверждение по меньшей мере части первого слоя, в соответствии с желаемой геометрией позднейшего компонента,

c) нанесение второго шликера, содержащего карбид кремния, с получением второго слоя,

d) отверждении по меньшей мере части второго слоя в соответствии с желаемой геометрией позднейшего компонента,

e) повторение этапов a)-d) до получения желаемого компонента,

причем по меньшей мере один из шликеров дополнительно содержит алмазные частицы, предпочтительно выбранные из группы, состоящей из алмазных наночастиц, алмазных микрочастиц и их смесей. При этом алмазные наночастицы предпочтительно имеют размер от 40 до 160 нм, в частности, от 50 до 150 нм, а алмазные микрочастицы предпочтительно имеют размер от 3 до 300 мкм, особенно предпочтительно от 4 до 100 мкм, наиболее предпочтительно от 30 до 300 мкм, в частности, от 40 до 100 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии. В альтернативном предпочтительном варианте осуществления алмазные микрочастицы имеют размер от 3 до 10 мкм и/или от 25 до 45 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии.

В одном предпочтительном варианте осуществления первый и/или второй шликер дополнительно содержит фотоактивные полимеры. Эти полимеры предпочтительно выбраны из группы, состоящей из акрилатов на смоляной основе или акриламидов на водной основе, красителей для преобразования энергии, полисахаридов, гликозаминогликановых производных на основе декстрана, гиалурона или хондроитинсульфатов. Кроме того, первый и/или второй шликер предпочтительно содержит дополнительный источник углерода, предпочтительно графит или сажу, другие органические компоненты и жидкую фазу. Жидкая фаза может представлять собой, например, воду, органический растворитель или их смеси. В одном предпочтительном варианте осуществления первый и второй шликер являются одинаковыми или разными.

Отверждение на этапах b) и d) описанного альтернативного варианта способа согласно изобретению предпочтительно проводится посредством лазера.

В следующем предпочтительном альтернативном варианте способ согласно изобретению включает следующие этапы:

a) нанесение первого материала на основе карбида кремния,

b) нанесение связующего в соответствии с желаемой геометрией позднейшего компонента,

c) факультативно, сушка связующего,

d) нанесение второго материала на основе карбида кремния,

e) нанесение связующего в соответствии с желаемой геометрией позднейшего компонента,

f) факультативно, сушка связующего, и

g) повторение этапов a)-f) до получения желаемого компонента,

причем по меньшей мере один из двух материалов на основе карбида кремния содержит алмазные частицы, предпочтительно выбранные из группы, состоящей из алмазных наночастиц, алмазных микрочастиц и их смесей. При этом алмазные наночастицы предпочтительно имеют размер от 40 до 160 нм, в частности, от 50 до 150 нм, а алмазные микрочастицы предпочтительно имеют размер от 3 до 300 мкм, в частности, от 4 до 100 мкм, наиболее предпочтительно от 30 до 300 мкм, в частности, от 40 до 100 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии.

В альтернативном предпочтительном варианте осуществления алмазные микрочастицы имеют размер от 3 до 10 мкм и/или от 25 до 45 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии.

В одном предпочтительном варианте осуществления этой альтернативы первый материал и/или второй материал являются одинаковыми или разными.

Первый и второй материал можно наносить в разных формах. В одном предпочтительном варианте осуществления нанесение проводят в форме порошка или шликера. В случае если первый и второй материал наносят в форме шликера, способ согласно изобретению предпочтительно включает также этап, на котором слои, нанесенные посредством шликера, сушат.

В одном предпочтительном варианте осуществления способ согласно изобретению дополнительно включает этап извлечения из формы с получением желаемого компонента. При этом удаляют излишки материала, накапливающиеся в процессе получения. При использовании обычных способов этот этап извлечения из формы обычно связан с риском повреждения компонента из-за недостаточной стабильности размеров. В рамках настоящего изобретения для одного типа способа неожиданно было найдено, что извлечение из формы легко выполнить с помощью промывки без отрицательного воздействия на компонент. Поэтому предпочтительным является вариант осуществления, в котором этап удаления из формы включает промывку компонента жидкой средой, причем жидкая среда предпочтительно представляет собой воду, органический растворитель или их смеси.

В следующем предпочтительном варианте осуществления способа согласно изобретению компонент дополнительно подвергается этапу удаления связующего. При этом связующее предпочтительно удаляют термически путем нагрева компонента.

В следующем предпочтительном варианте осуществления способ согласно изобретению дополнительно включает спекание полученного компонента. Спекание может дополнительную повысить прочность компонента. При этом спекание предпочтительно проводят без дополнительного давления, то есть при давлении, соответствующем давлению окружающей среды (нормальное давление), или ниже. Под нормальным давлением понимается давление, которое соответствует среднему значению давления воздуха на поверхности Земли и которое составляет от 100 кПа до 102 кПа (1-1,02 бар). Спекание без давления имеет то преимущество, что филигранные структуры или внутренние структуры, которые были образованы в процессе получения, сохраняются также во время или после спекания.

В рамках способа согласно изобретению керамизирование компонента предпочтительно реализуется как этап пропитки. Было показано, что свойства компонента, полученного способом согласно изобретению, можно улучшить благодаря пропитке компонента кремнием. Поэтому предпочтительным является вариант осуществления, в котором способ согласно изобретению включает также этап, на котором полученный компонент дополнительно подвергается пропитке кремнием. Для этого можно использовать методы, известные специалисту, например, погружение в расплавленный кремний, совместное плавление компонента и кремния, при этом кремний подается в виде сыпучей массы, спека или шликера непосредственно или опосредовано через фитиль или промежуточные пластины.

Следующим объектом настоящего изобретения является компонент, который содержит внедренные в матрицу карбида кремния алмазные частицы, предпочтительно выбранные из группы, состоящей из алмазных наночастиц, алмазных микрочастиц и их смесей. При этом алмазные наночастицы предпочтительно имеют размер от 40 до 160 нм, в частности, от 50 до 150 нм, а алмазные микрочастицы предпочтительно имеют размер от 3 до 300 мкм, в частности, от 4 до 100 мкм, особенно предпочтительно от 30 до 300 мкм, в частности, от 40 до 100 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии. В альтернативном предпочтительном варианте осуществления алмазные микрочастицы имеют размер от 3 до 10 мкм и/или от 25 до 45 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии.

Компонент согласно изобретению предпочтительно можно получить способом согласно изобретению. Неожиданно было установлено, что такие компоненты имеют высокое структурное разрешение и высокую точность размеров. Поэтому предпочтительным является вариант осуществления, в котором компонент является компонентом со сложной геометрией. Компонент согласно изобретению предпочтительно имеет по меньшей мере одну макроструктурированную поверхность, причем структурированная поверхность содержит, например, выступы и/или выточки, и/или внутренние структуры, такие, например, как каналы.

Кроме того, неожиданно было обнаружено, что можно значительно повысить долю алмазных частиц в компоненте по сравнению с обычными способами получения. Поэтому предпочтительным является вариант осуществления, в котором компонент имеет концентрацию алмазных частиц от 30 до 80 об.%, предпочтительно от 40 до 70 об.%, в расчете на полный объем компонента.

Способ согласно изобретению позволяет получать компоненты, свойства которых можно подбирать индивидуально к соответствующим требованиям, например, за счет использования разных материалов на основе карбида кремния. Так, можно, например, изменять концентрацию, размер и форму алмазных частиц в компоненте по всему его объему. В результате можно получить компоненты, имеющие соответствующий градиент.

Поэтому предпочтительным является вариант осуществления, в котором концентрация алмазных частиц изменяется по всему объему компонента. Так, например, можно создать компонент, который в приповерхностных слоях имеет более высокую концентрацию алмазных частиц, чем во внутренних слоях.

В одном предпочтительном варианте осуществления компонент согласно изобретению содержит смесь алмазных частиц, которая содержит алмазные наночастицы и алмазные микрочастицы. Алмазные наночастицы предпочтительно имеют размер от 40 до 160 нм, предпочтительно от 50 до 150 нм. Алмазные микрочастицы предпочтительно имеют размер от 3 до 300 мкм, предпочтительно от 4 до 100 мкм. Размер частиц можно определить, например, посредством лазерной дифрактометрии. Содержащиеся в компоненте алмазные микрочастицы предпочтительно имеют размер от 3 до 300 мкм, предпочтительно от 4 до 100 мкм, особенно предпочтительно от 30 до 300 мкм, в частности, от 40 до 100 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии. В альтернативном предпочтительном варианте осуществления алмазные микрочастицы имеют размер от 3 до 10 мкм и/или от 25 до 45 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии.

Оказалось выгодным, чтобы компонент имел градиент размеров алмазных частиц. Таким образом, свойства алмазных наночастиц и алмазных микрочастиц можно с успехом комбинировать. Алмазные наночастицы имеют большое преимущество в отношении формообразования или однородности структуры, что особенно желательно в краевой зоне компонента или инструмента. С другой стороны, алмазные микрочастицы позволяют более легкое с экономической и технической точек зрения введение в керамическую матрицу и в то же время удовлетворяют желаемым свойствам, таким как высокая теплопроводность, высокий модуль упругости или высокая вязкость разрушения. Поэтому предпочтительным является вариант осуществления компонента согласно изобретению, в котором размер алмазных частиц изменяется по всему объему компонента. Предпочтителен, в частности, вариант осуществления, в котором размер алмазных частиц последовательно увеличивается в направлении от поверхности компонента к его центру. Особенно предпочтительным является вариант осуществления, в котором компонент согласно изобретению содержит несколько слоев, в частности, базовый слой, который не содержит алмазных частиц, промежуточный слой, содержащий алмазные микрочастицы, и верхний слой, который содержит алмазные наночастицы.

В одном предпочтительном варианте осуществления форма алмазных частицы меняется по всему объему компонента.

В следующем предпочтительном варианте осуществления состав компонента меняется по всему его объему. Этого можно достичь, например, путем добавления различных добавок в материалы на основе карбида кремния, использующиеся для изготовления компонента.

Следующим объектом настоящего изобретения является применение внедренных в матрицу карбида кремния алмазных частиц в процессе аддитивного изготовления. Под алмазными частицами предпочтительно имеются в виду частицы, выбранные из группы, состоящей из алмазных наночастиц, алмазных микрочастиц и их смесей. При этом алмазные наночастицы предпочтительно имеют размер, определенный методом лазерной дифрактометрии, от 40 до 160 нм, в частности, от 50 до 150 нм, а алмазные микрочастицы предпочтительно имеют размер от 3 до 300 мкм, в частности, от 4 до 100 мкм, особенно предпочтительно от 30 до 300 мкм, в частности, от 40 до 100 мкм. В альтернативном предпочтительном варианте осуществления алмазные микрочастицы имеют размер от 3 до 10 мкм и/или от 25 до 45 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии.

В одном особенно предпочтительном варианте осуществления алмазные частицы представляют собой смесь алмазных наночастиц и алмазных микрочастиц, причем алмазные наночастицы имеют размер от 40 до 160 нм, предпочтительно от 50 до 150 нм, а алмазные микрочастицы имеют размер от 3 до 300 мкм, предпочтительно от 4 до 100 мкм, особенно предпочтительно от 30 до 300 мкм, в частности, от 40 до 100 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии. В альтернативном предпочтительном варианте осуществления алмазные микрочастицы имеют размер от 3 до 10 мкм и/или от 25 до 45 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии.

Фигура 1 показывает пример создания компонента согласно изобретению из карбида кремния, который имеет градиент размера алмазных частиц, внедренных в матрицу карбида кремния.

Настоящее изобретение относится к способу изготовления компонентов, содержащих алмазные частицы, внедренные в матрицу карбида кремния, а также к компонентам, которые можно получить этим способом. Способ получения компонента способом аддитивного производства включает этап, на котором наносят первый слой из по меньшей мере одного первого материала на основе карбида кремния, и следующий этап, на котором наносят второй слой из по меньшей мере одного второго материала на основе карбида кремния, причем по меньшей мере один из материалов на основе карбида кремния содержит алмазные частицы. Алмазные частицы являются частицами, выбранными из группы, состоящей из алмазных наночастиц, алмазных микрочастиц и их смесей, причем алмазные наночастицы имеют размер от 40 до 160 нм, а алмазные микрочастицы имеют размер от 3 до 300 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии. По меньшей мере первый и/или по меньшей мере второй материал наносят в форме шликера. Компонент, полученный указанным способом, предпочтительно имеет по меньшей мере макроструктурированную поверхность и/или внутренние структуры, где макроструктурированная поверхность представляет собой поверхность с выступами и выточками, а внутренние структуры представляют собой каналы. Достигаемый технический результат - получение сложных структур с высоким разрешением и стабильными размерами. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения компонента способом аддитивного производства, причем компонент содержит внедренные в матрицу карбида кремния алмазные частицы, отличающийся тем, что способ включает этап, на котором наносят первый слой из по меньшей мере одного первого материала на основе карбида кремния, и следующий этап, на котором наносят второй слой из по меньшей мере одного второго материала на основе карбида кремния, причем по меньшей мере один из материалов на основе карбида кремния содержит алмазные частицы,

где алмазные частицы являются частицами, выбранными из группы, состоящей из алмазных наночастиц, алмазных микрочастиц и их смесей, причем алмазные наночастицы имеют размер от 40 до 160 нм, а алмазные микрочастицы имеют размер от 3 до 300 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии, и

при этом по меньшей мере первый и/или по меньшей мере второй материал наносят в форме шликера.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что способ аддитивного производства выбран из группы, состоящей из стереолитографии (SL), струйной печати материала/прямой печати чернилами (DIP), прямой записи чернилами (DIW), робокастинга (FDM), струйной печати связующим (3D-печать), селективного лазерного спекания и комбинации этих способов.

3. Способ по любому одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый материал на основе карбида кремния и второй материал на основе карбида кремния являются одинаковыми или разными.

4. Способ по любому одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что наночастицы имеют размер от 50 до 150 нм, а алмазные микрочастицы имеют размер от 4 до 100 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии.

5. Способ по любому одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что способ включает следующие этапы:

a) нанесение первого материала на основе карбида кремния,

b) нанесение связующего в соответствии с желаемой геометрией позднейшего компонента,

c) факультативно, сушка связующего,

d) нанесение второго материала на основе карбида кремния,

e) нанесение связующего в соответствии с желаемой геометрией позднейшего компонента,

f) факультативно, сушка связующего, и

g) повторение этапов a)-f) до получения желаемого компонента,

причем по меньшей мере один из двух материалов на основе карбида кремния содержит алмазные частицы.

6. Компонент, который может быть получен способом по пп. 1-5, отличающийся тем, что компонент предпочтительно имеет по меньшей мере макроструктурированную поверхность и/или внутренние структуры, где макроструктурированная поверхность представляет собой поверхность с выступами и выточками, а внутренние структуры представляют собой каналы.

7. Компонент по п. 6, отличающийся тем, что компонент имеет концентрацию алмазных частиц от 30 до 80 об.%, предпочтительно от 40 до 70 об.%.

8. Компонент по любому одному из пп. 6, 7, отличающийся тем, что размер алмазных частиц меняется по всему объему компонента.

9. Компонент по любому одному из пп. 1-5, отличающийся тем, что алмазные частицы представляют собой частицы, выбранные из группы, состоящей из алмазных наночастиц, алмазных микрочастиц и их смесей, причем алмазные наночастицы предпочтительно имеют размер от 40 до 160 нм, в частности от 50 до 150 нм, а алмазные микрочастицы предпочтительно имеют размер от 3 до 300 мкм, в частности от 4 до 100 мкм, определенный методом лазерной дифрактометрии.