用于激光3D打印的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于激光3D打印的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末，该陶瓷粉末粒径为10-50μm，包括10-30wt％的酚醛树脂、1-2.5wt％的乌洛托品和0.5-1.5wt％的硬脂酸，余量为硅烷偶联剂表面改性的陶瓷粉末，其制备方法包括a)用无水乙醇和硅烷偶联剂对陶瓷粉末表面进行改性，b)表面改性的陶瓷粉末与酚醛树脂、乌洛托品、硬脂酸在密闭容器中反应得聚集体，c)聚集体球磨粉碎过筛。该方法通过对陶瓷粉末进行除杂质和表面改性，降低其亲水性改善其与粘结剂的浸润性，提高了粘结剂效率和初始型坯的强度；酚醛树脂对激光的吸收率较高，粘结效果好，有助于提高陶瓷零件质量；使用乌洛托品作为固化剂，硬脂酸作为润滑剂，可提高酚醛树脂覆膜陶瓷粉末成型SLS坯体的强度和可塑性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光3D打印粉末材料制备
，具体涉及一种用于激光3D打印的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末及其制备方法。
技术介绍
陶瓷材料尤其是高性能陶瓷具有高硬度、耐高温、高强度、绝缘性好、耐腐蚀等诸多优势，在航空、航天、汽车、电子等领域已得到广泛应用。但是，陶瓷材料脆性大、硬度高，采用传统机加工方式成形极易产生缺陷，复杂结构的陶瓷零件更加难以加工，而通过注浆、等静压等成形陶瓷零件时，零件形状仍受模具的限制，且制造周期长、成本高。激光选区烧结技术(SelectiveLaserSintering，SLS)是一种基于离散堆积成形思想的3D打印成形方法，该方法突破了传统材料等体积成形和去除成形的思维模式，可通过对三维CAD模型沿z轴切片生成系列二维平面，而后在激光的作用下有选择性的对粉末材料分层烧结，层层堆积成形复杂形状的原型或零件。这种不受成形零件形状复杂程度的限制、不需任何工装模具的加工技术被认为是未来解决复杂陶瓷件成形加工难题的重要途径。SLS制造零件的方法通常有两种：一种是直接激光熔化法，即通过激光的热作用使粉末材料熔化成形，适用于高分子材料和低熔点的金属材料；另外一种是间接激光烧结法，通过熔化低熔点的粘结剂，利用粘结剂形成粘性流动或熔化来实现粉末之间的粘结，而后再通过脱脂、烧结等后处理工艺得到具有一定强度的功能件，适用于高熔点难熔材料。陶瓷的熔点比较高，且在高功率激光直接照射下极易产生裂纹，一般只能采用低功率激光的间接激光烧结方式成形。SLS用陶瓷复合粉末材料的性能与粘结剂的种类、含量以及引入方式等有紧密联系。粘结剂的种类有金属粘结剂、无机粘结剂和有机粘结剂，金属粘结剂主要用来成形陶瓷/金属复合材料零件，且需要高功率的激光器，成形速度慢、成本高；无机粘结剂热稳定性好，在后处理工艺中很难完全脱去，加大了生产成本和制造周期；而有机粘结剂要求的激光器功率低，成形易于控制，适合用于SLS制造陶瓷件。为了提高粘结剂的成形效率，通常采用覆膜法，即在一定的工艺条件下，使陶瓷粉末作为晶核被紧紧的包覆在有机粘接剂内部，形成覆膜陶瓷复合粉末。然而，目前适用于SLS成形的覆膜陶瓷粉末存在有机粘接剂种类少、制备方法匮乏、成本高等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种用于激光3D打印的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末及其制备方法，该方法利用酚醛树脂粘结剂粘接力高、与陶瓷粉末界面粘结好、成形收缩率小等特性，制备出了综合性能优异的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末。本专利技术的技术方案如下：一种用于激光3D打印的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末，由以下原料制成：陶瓷粉末、酚醛树脂、乌洛托品、硬脂酸、无水乙醇和硅烷偶联剂。所述酚醛树脂覆膜陶瓷粉末粒径为10-50μm。所述酚醛树脂覆膜陶瓷粉末中酚醛树脂占10-30wt％，乌洛托品占1-2.5wt％，硬脂酸占0.5-1.5wt％，余量为经硅烷偶联剂表面改性的陶瓷粉末，表面改性时硅烷偶联剂用量为陶瓷粉末质量的1-1.5％，无水乙醇与硅烷偶联剂的质量比为3-5:1。所述陶瓷粉末为碳化硅、碳化钛、碳化锆、氧化铝、氧化锆中的一种，所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的一种或几种。按上述方案所述的一种用于激光3D打印的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末的制备方法，包括以下步骤：a)制备表面改性的陶瓷粉末：将一定量陶瓷粉末分别经弱酸、弱碱和水清洗后干燥，将干燥的陶瓷粉末与无水乙醇、硅烷偶联剂按一定比例混合均匀并搅拌进行表面处理，表面处理完成后将混合物真空干燥，过分级筛得表面改性的陶瓷粉末；b)制备酚醛树脂覆膜陶瓷聚集体：将步骤a)制备的表面改性的陶瓷粉末和酚醛树脂按一定比例加入到盛有有机溶剂的密闭容器中，通入氩气，将密闭容器的温度从室温升至65-75℃，升温过程中加入一定量的乌洛托品和硬脂酸并搅拌使其溶解，升温完成后保温一定时间，接着自然冷却至室温得酚醛树脂覆膜陶瓷聚集体；c)粉碎筛选：将步骤b)制备的酚醛树脂覆膜陶瓷聚集体取出并干燥，粉碎后过分级筛。步骤a)所述陶瓷粉末为碳化硅、碳化钛、碳化锆、氧化铝、氧化锆中的一种，所述弱酸为稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸中的一种，所述弱碱为稀氢氧化钠、稀碳酸钠、稀硫酸钙中的一种，所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的一种或几种。步骤a)中硅烷偶联剂用量为陶瓷粉末质量的1-1.5％，无水乙醇与硅烷偶联剂的质量比为3-5:1。步骤b)所述有机溶剂为乙醇、四氯化碳、四氢呋喃中的一种，密闭容器升温速率为0.5-1℃/min，保温时间为1-2h。步骤b)中各组分的重量配比以最终产物酚醛树脂覆膜陶瓷粉末计，酚醛树脂为10-30wt％，乌洛托品为1-2.5wt％，硬脂酸为0.5-1.5wt％，余量为表面改性的陶瓷粉末。步骤a)和步骤c)过分级筛后均选择粒径为10-50μm的粉末。本专利技术提供的用于激光3D打印的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末制备方法，具有以下优点：1.对陶瓷粉末进行了除杂质和表面改性处理，降低了陶瓷的亲水性，改善其与粘结剂的浸润性，提高了粘结剂效率和初始型坯的强度。2.粘结剂酚醛树脂对激光的吸收率较高，粘结效果好，热解后形成的碳骨架有利于碳化物陶瓷的后处理，提高陶瓷零件质量。3.选用的乙醇、四氯化碳、四氢呋喃等有机溶剂，溶解效果好，沸点低，易挥发，省去了减压蒸馏的工序，节约成本。4.使用乌洛托品作为固化剂，硬脂酸作为润滑剂，可提高酚醛树脂覆膜陶瓷粉末成型SLS坯体的强度和可塑性。附图说明图1为本专利技术酚醛树脂覆膜陶瓷粉末制备流程图；图2为本专利技术酚醛树脂覆膜陶瓷粉末制备及SLS成型原理示意图。具体实施方式为使本领域普通技术人员充分理解本专利技术的技术方案和有益效果，下面结合附图及具体实施例进行进一步充分说明。实施例1一种酚醛树脂覆膜碳化硅陶瓷粉末，包括20-30wt％的酚醛树脂、1.5-2.5wt％乌洛托品、1-1.5wt％硬脂酸，余量为表面改性的碳化硅。该酚醛树脂覆膜碳化硅陶瓷粉末的制备流程及原理如图1-2所示，具体包括以下步骤：(1)制备表面改性的碳化硅陶瓷粉末：取1000g碳化硅陶瓷粉末，分别经稀盐酸、稀氢氧化钠和水清洗后，放入真空干燥箱进行干燥。然后将30g无水乙醇和10g乙烯基硅烷的混合液与前述碳化硅陶瓷粉末混合均匀，同时使用搅拌装置充分搅拌混合物进行表面改性处理。反应完成后将混合物真空干燥、分筛获得粒径为10微米的表面改性的碳化硅陶瓷粉末。(2)制备酚醛树脂覆膜碳化硅陶瓷聚集体：将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于激光3D打印的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末，其特征在于由以下原料制成：陶瓷粉末、酚醛树脂、乌洛托品、硬脂酸、无水乙醇和硅烷偶联剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于激光3D打印的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末，其特征在于由以下原料制成：陶瓷粉末、
酚醛树脂、乌洛托品、硬脂酸、无水乙醇和硅烷偶联剂。
2.如权利要求1所述的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末，其特征在于：所述酚醛树脂覆膜陶瓷粉末粒
径为10-50μm。
3.如权利要求1所述的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末，其特征在于：所述酚醛树脂覆膜陶瓷粉末中
酚醛树脂占10-30wt％，乌洛托品占1-2.5wt％，硬脂酸占0.5-1.5wt％，余量为经硅烷偶
联剂表面改性的陶瓷粉末，表面改性时硅烷偶联剂用量为陶瓷粉末质量的1-1.5％，无水乙醇
与硅烷偶联剂的质量比为3-5:1。
4.如权利要求1-3任一项所述的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末，其特征在于：所述陶瓷粉末为碳
化硅、碳化钛、碳化锆、氧化铝、氧化锆中的一种，所述硅烷偶联剂为乙烯基硅烷、氨基硅
烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的一种或几种。
5.一种用于激光3D打印的酚醛树脂覆膜陶瓷粉末的制备方法，其特征在于包括以下步骤：a)
制备表面改性的陶瓷粉末：将一定量陶瓷粉末分别经弱酸、弱碱和水清洗后干燥，将干燥的
陶瓷粉末与无水乙醇、硅烷偶联剂按一定比例混合均匀并搅拌进行表面处理，表面处理完成
后将混合物真空干燥，过分级筛得表面改性的陶瓷粉末；b)制备酚醛树脂覆膜陶瓷聚集体：
将步骤a)制备的表面改性的陶瓷粉末和酚醛树脂按一定比例加入到盛有有机溶剂的密闭容
器中，通入氩气，将密闭容器的温度从室温升至65-75℃，升温过程中加入一定量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，陈方杰，孙华君，黄尚宇，余际星，
申请(专利权)人：武汉理工大学，淄博高新产业技术开发区先进陶瓷研究院，
类型：发明
国别省市：湖北;42