【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術大體上涉及形狀記憶陶瓷(smc)及其制造技術。更具體地，本專利技術涉及用四維(4d)增減材復合制造技術制成的形狀記憶陶瓷。
技術介紹
1、與形狀記憶合金(sma)不同，形狀記憶陶瓷(smc)是一類具有在經受某些刺激(例如溫度改變)時變形后恢復其初始形狀的獨特能力的材料。這些陶瓷由于其在不同晶體結構之間經歷可逆相變的能力而表現出形狀記憶效應。與更普遍已知的sma不同，smc提供例如高溫穩定性、耐腐蝕性和生物相容性等優點。這些材料在精確的形狀控制和可靠的性能至關重要的航空航天、生物醫療設備、驅動器和自適應結構中具有顯著的應用前景。然而，由于所需的復雜加工技術和陶瓷材料固有的脆性，制造具有復雜彎曲結構的smc遇到了巨大的挑戰。實現對陶瓷的形狀記憶性質的精確控制，特別是在彎曲幾何結構中，仍然是開發和廣泛采用這些材料的主要障礙。
2、構筑結構材料的增材制造(am)界正掀起研究熱潮。目前，三維(3d)打印系統，作為一種am系統，制造速度快且可制造大尺寸結構，但仍有潛在的困難。它們通常必須為了速度或尺度而犧牲精度。幸運的是，解決方案初現端倪：將am與減材制造(sm)組合以創建增減材復合制造(asm)。這一概念可以通過提供快速、精確和大尺寸的技術來為3d打印帶來變革。
3、然而，一些材料的高熔點阻礙了3d打印的進展。令人欣慰的是，來自折紙和剪紙技術的靈感推動了四維(4d)打印的進步。
4、4d打印是一種新興技術，通過使材料能夠響應于外部刺激隨時間推移變化其形狀或性質，來為傳統3d打印增加額外的時間維
5、將smc與4d打印技術組合為開發具有動態形狀改變能力和高溫彈性的先進材料和結構提供了令人振奮的機會。然而，大規模生產具有復雜彎曲結構的smc存在顯著障礙。傳統的制造方法(例如燒結或熱壓)制備復雜形狀的效率和穩定性通常受到限制。包括3d打印的增材制造技術通過實現對材料沉積和逐層構造的精確控制來提供用于克服這些挑戰的潛在解決方案。然而，擴大生產以滿足商業需求，同時確保質量控制和成本效益仍然是開啟smc在各種應用中的全部潛力必須解決的關鍵挑戰。
技術實現思路
1、本專利技術解決了前述缺點，并且提供了對傳統smc及其制造方法的顯著改進，并且陶瓷的初始/反向和整體/局部多模式形狀記憶行為的成功嘗試為smc的各種類型的自變形開辟了道路。
2、本專利技術可涉及馬氏體相變，為smc提供一種新穎的機制。本專利技術的各個實施例提供了在熱膨脹-熱收縮行為上具有異質性的smc。在本專利技術的一些實施例中，通過將液態硅膠與不同的陶瓷填料物理混合，以便捷的方式開發了通用的基于sioc的smc。4d?asm可以大大增強幾何靈活性。
3、此外，本專利技術將smc結構的尺寸從微觀/介觀擴展到宏觀尺度，并且實現了陶瓷的初始/反向和整體/局部多模式形狀記憶能力。
4、根據本專利技術的第一方面，提供一種smc。所述smc包括第一部分和第二部分。所述smc的第一部分和第二部分結合。smc是包括碳氧化硅的彈性體衍生陶瓷。所述smc的第一部分用紫外臭氧(uv/臭氧)處理，并且所述smc的第二部分不進行uv/臭氧處理。
5、根據本專利技術的一個實施例，smc的第二部分具有多個凹槽。
6、根據本專利技術的另一實施例，smc的第一部分在smc的第二部分的表面上形成多個條帶。
7、根據本專利技術的第二方面，提供一種smc的制造方法。所述制造方法包括：提供包括聚二甲基硅氧烷(pdms)的前驅體結構；用uv/臭氧處理所述前驅體結構的表面的一部分；以及使用熱解處理所述前驅體結構，以便生成所述smc。
8、根據一個實施例，提供前驅體結構的步驟包括：使用增材制造形成第一前驅體；以及使用激光切割或雕刻所述第一前驅體以形成所述前驅體結構。
9、根據另一實施例，所述增材制造包括刮涂或墨水直寫打印。
10、用uv/臭氧處理的步驟包括：用激光切割紙掩蔽前驅體結構的表面；以及用uv/臭氧處理經掩蔽表面。
11、根據一個實施例，在熱解工藝之后，所述制造方法進一步包括：在空氣中加熱所述smc。
12、根據另一實施例，在熱解工藝之后，所述制造方法進一步包括：在空氣中加熱smc的一部分。
13、根據又一實施例，在熱解工藝之后，所述制造方法進一步包括：使用感應加熱在空氣中加熱smc的至少一部分。
14、根據本專利技術的各個實施例，上述步驟在具有多個站點的轉臺系統中執行。
15、根據本專利技術的各個實施例，前驅體結構進一步包括陶瓷顆粒(填料)或玻璃顆粒(填料)。
16、在本專利技術的一些實施例中，smc具有用uv/臭氧處理的部分，并且smc的不同部分可以具有包含熱膨脹和熱收縮的不同的材料性質，以便高效地用于4d打印。
17、本專利技術介紹一種全新的硅膠基質復合材料的制造機制，即，利用熱膨脹-熱收縮行為的異質性。基于新開發的smc制造機制(熱膨脹-熱收縮行為的異質性)，可以通過將液體硅膠與不同的陶瓷填料物理混合來以便捷的方式開發通用的基于sioc的smc。
18、在本專利技術的一些實施例中，與先前研究中使用的陶瓷粉末壓制方法相比，通過4dasm，即2d/3d打印結合陶瓷前驅體的激光雕刻/切割，顯著增強幾何靈活性。另外，smc結構的尺寸從微觀/介觀擴展到宏觀尺度，從而實現陶瓷的初始/反向和整體/局部多模式形狀記憶能力兩者。所述進展區分本專利技術與關于smc的現有研究。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種形狀記憶陶瓷，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的形狀記憶陶瓷，其特征在于，所述形狀記憶陶瓷的所述第二部分具有一個或多個凹槽。
3.根據權利要求1所述的形狀記憶陶瓷，其特征在于，所述形狀記憶陶瓷的所述第一部分在所述形狀記憶陶瓷的所述第二部分的表面上形成一個或多個條帶。
4.一種形狀記憶陶瓷的制造方法，其特征在于，包括：
5.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述提供所述前驅體結構的步驟包括：
6.根據權利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述增材制造包括一種或多種打印技術；且
7.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述用紫外臭氧處理的步驟包括：
8.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述熱解處理之后，進一步包括：
9.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述熱解處理之后，進一步包括：
10.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述熱解處理之后，進一步包括：
11.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，
12.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述前驅體結構進一步包含陶瓷填料或玻璃填料。
13.一種形狀記憶陶瓷的四維(4D)打印方法，其特征在于，所述方法包括：
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一代陶瓷能夠在適當的加熱條件下可逆地重構成所述異質前驅體的初始形狀，從而產生具有初始形狀記憶行為的第二代陶瓷。
15.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，具有初始形狀記憶行為的所述第二代陶瓷在適當的加熱條件下在相反方向上進一步變形為所述第一代陶瓷的反向變形形狀，從而產生具有反向形狀記憶行為的第二代陶瓷。
16.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一代陶瓷的所述加熱是局部的，并且為所述第一代陶瓷的局部再陶瓷化和自變形提供靈活性，從而產生具有多種形狀的第一代/第二代復合陶瓷。
17.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述用紫外臭氧處理所述結構以產生異質前驅體是用掩模輔助的所述結構的整體處理或所述結構的局部處理。
18.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，進一步包括在所述用紫外臭氧處理所述結構之前或之后移除所述結構的一部分以產生有一定形狀的結構。
19.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述加熱通過感應加熱、電阻加熱或其組合執行。
20.根據權利要求19所述的方法，其特征在于，所述加熱在惰性氣體或真空條件下執行以獲得所述第一代陶瓷，并且在空氣中執行以獲得所述第二代陶瓷。
21.根據權利要求18所述的方法，其特征在于，所述移除所述結構的一部分是通過受控激光束進行的。
22.根據權利要求18所述的方法，其特征在于，所述移除所述結構的一部分是通過雕刻、切割、拋光或其組合進行的。
23.根據權利要求18所述的方法，其特征在于，所述移除所述結構的一部分是通過電子束、高壓液體或其它受控高能束或者其組合進行的。
24.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，進一步包括使用刮涂、激光切割或其組合來執行異質前驅體材料的大規模和快速生產。
25.根據權利要求24所述的方法，其特征在于，通過多站點轉臺系統來輔助異質前驅體材料的大規模和快速生產的所述執行。
26.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述墨水包括聚合物，或聚合物與顆粒的混合物；且
27.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述前驅體選自聚(二甲基硅氧烷)、聚硅氧烷、聚硼硅氧烷、聚碳硅氧烷、聚硅氮烷或聚(有機甲硅烷基碳二亞胺)、水凝膠或其組合。
28.根據權利要求26所述的方法，其特征在于，所述陶瓷顆粒選自以下中的一種或多種：氧化鋯(ZrO2)、氮氧化鋁(A1ON)、氧化鋁(A12O3)、二氧化鈦(TiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化鈣(CaO)、碳化硅(SiC)、氧化釔(Y2O3)或氮化鋁(AlN)顆粒。
29.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，形狀記憶陶瓷的大小具有用于工程應用的宏觀尺度。
30.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述2D/3D打印選自材料擠出(墨水直寫打印)、刮涂、材料噴射、光聚合、粉末床熔融或其組合。
31.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，進一步包括物理氣相沉積、化學氣相沉積、原子層沉積或其組合。
32.一種用于可變形熱防護系統或空間折紙系統的形狀記憶陶瓷，其特征在...
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】
1.一種形狀記憶陶瓷，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的形狀記憶陶瓷，其特征在于，所述形狀記憶陶瓷的所述第二部分具有一個或多個凹槽。
3.根據權利要求1所述的形狀記憶陶瓷，其特征在于，所述形狀記憶陶瓷的所述第一部分在所述形狀記憶陶瓷的所述第二部分的表面上形成一個或多個條帶。
4.一種形狀記憶陶瓷的制造方法，其特征在于，包括：
5.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述提供所述前驅體結構的步驟包括：
6.根據權利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述增材制造包括一種或多種打印技術；且
7.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述用紫外臭氧處理的步驟包括：
8.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述熱解處理之后，進一步包括：
9.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述熱解處理之后，進一步包括：
10.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，在所述熱解處理之后，進一步包括：
11.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，
12.根據權利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述前驅體結構進一步包含陶瓷填料或玻璃填料。
13.一種形狀記憶陶瓷的四維(4d)打印方法，其特征在于，所述方法包括：
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一代陶瓷能夠在適當的加熱條件下可逆地重構成所述異質前驅體的初始形狀，從而產生具有初始形狀記憶行為的第二代陶瓷。
15.根據權利要求14所述的方法，其特征在于，具有初始形狀記憶行為的所述第二代陶瓷在適當的加熱條件下在相反方向上進一步變形為所述第一代陶瓷的反向變形形狀，從而產生具有反向形狀記憶行為的第二代陶瓷。
16.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一代陶瓷的所述加熱是局部的，并且為所述第一代陶瓷的局部再陶瓷化和自變形提供靈活性，從而產生具有多種形狀的第一代/第二代復合陶瓷。
17.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述用紫外臭氧處理所述結構以產生異質前驅體是用掩模輔助的所述結構的整體處理或所述結構的局部處理。
18.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，進一步包括在所述用紫外臭氧處理所述結構之前或之后移除所述結構的一部分以產生有一定形狀的結構。
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