一种3D打印光固化陶瓷颗粒及其制备方法技术

本申请属于陶瓷3D打印技术领域，具体涉及一种3D打印光固化陶瓷颗粒及其制备方法。本发明专利技术提供的3D打印光固化陶瓷颗粒，包括：陶瓷基体；包覆于所述陶瓷基体表面的包覆层；所述包覆层为树脂层，其折射率优选为1.40～1.55，更优选为1.45～1.50。本发明专利技术还提供了上述陶瓷颗粒的制备方法，然后将陶瓷粉体均匀分散至雾化腔中，然后超声喷散入包覆树脂溶液进行雾化陶瓷粉体，使得包覆树脂包裹于陶瓷粉体的表面；包覆树脂的折射率为1.40～1.55。通过上述制备方法得到的3D打印光固化陶瓷颗粒的球形度更加均匀，而且其折射率接近光敏树脂，包覆层的厚度和成分可以精确控制，可以显著提高固化深度和减少固化宽度的增加，进而提高打印效率和打印精度，因此更适合3D打印的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印光固化陶瓷颗粒及其制备方法
本专利技术属于陶瓷3D打印
，具体涉及一种3D打印光固化陶瓷颗粒及其制备方法。
技术介绍
陶瓷材料具有优良的高温性能、高强度、高硬度和低密度，以及良好的化学稳定性，是现代化高端技术发展和应用不可或缺的关键材料，已被广泛应用于航天航空、汽车、机械、电子、能源、生物和化工等多个行业领域。随着工业技术快速发展和材料应用领域不断拓展，对高性能陶瓷的需求量日益增大，对陶瓷构件的性能要求也越来越高。材料成型技术作为陶瓷结构件制备的重要环节之一，对陶瓷产品的结构、性能和应用具有决定性作用。传统的注射成型、压滤成型、压力成型、凝胶注模成型和切削加工等陶瓷制造技术已发展成为成熟的工艺，在模具化、标准化和规模化的陶瓷产品成型领域发挥了重要作用，但是这些技术难以满足对个性化、精细化、轻量化和复杂化的高端产品快速制造的需求，限制了高性能陶瓷产品的开发与应用。因此，为了适应现代化工业制造及高端应用的发展，研究新型的高性能陶瓷成型技术具有重要性与迫切性。近年来，增材制造技术(也称为3D打印技术)受到了广泛的关注与高度重视。该技术在高性能陶瓷材料的成型制造领域具有巨大的发展潜力，将为硬而脆高性能结构材料，以及生物陶瓷材料，电子材料等功能材料的发展提供变革性的推动力，有望推破传统陶瓷加工和生产的技术瓶颈，使产品的设计和制作更具有自由化、个性化、迎合高精度和高性能的陶瓷产品精密制造的全球趋势。“增材制造”的理念区别于传统的“去除型”制造，传统去除型制造一般是在原材料基础上，使用切割、磨削、腐蚀、熔融等办法，去除多余材料得到零部件，再通过拼接或焊接组合成最终产品。“增材制造”无需原胚和模具，就能直接根据计算机图形数据，通过增加材料的方法生成任何形状的物体，简化产品的制造程序，缩短产生的研制周期，提高效率并降低成本。SLA立体光刻成型技术(以及由SLA发展出来的DLP数字光处理技术)是目前发展得较为成熟的一种3D打印陶瓷技术，其技术原理为：首先，通过控制激光器向下发出激光束，选择性照射材料槽中最上层的陶瓷浆料，由点到线再到面，完成单层固化；然后控制工作台下降，将陶瓷浆料涂覆于制件表面，继续进行下一次固化，重复上述固化过程，直到获得最终的实体模型。DLP技术的工作原理与SLA技术类似，但是采用了数字微镜原件(DMD)装置，可使该层图像直接投影到整个区域中，实现面固化成型，不需要像SLA那样逐点扫面才能单层固化，极大地提高了打印效率。由于SLA/DLP技术在制备复杂结构、高精度陶瓷零部件方面具有明显优势。基于光固化成型的3D打印陶瓷技术，其核心是配置陶瓷浆料和解决陶瓷与光敏树脂物理化学性质差异大的问题。例如，Griffith等人早在1996年就开展了关于陶瓷浆料的光固化增财制造技术研究，采用SLA技术打印了固相含量为40～50vol％的Al2O3陶瓷浆料。Sun等人2002年报道了粉末特性对SiO2、Al2O3和PZT陶瓷浆料及其光固化成型的影响。Chartier等在2002年和2009年对Al2O3陶瓷浆料的参数进行了优化研究，并于2011年对树脂基光固化陶瓷浆料的光聚合动力进行研究；2012年再次对氧化硅的光聚合动力学进行了系统研究。其中，美国Michigan大学的MichelleL.Griffiith和JohnW.Halloran首先将SL技术和陶瓷制造工艺相结合，并研究了水基和树脂基两种陶瓷浆料的制备和陶瓷浆料的性质，并获得了简单的陶瓷零件，其次对散射问题进行了初步探讨，提出了修正的陶瓷浆料固化厚度公式，Cd＝SdLn(E0/Ed)，Sd反比与Δn2，Δn是陶瓷与光敏树脂的折射率差，Δn越大，Sd越小，固化厚度Cd越小，反之越大。折射率差越大，散射越明显，因为当激光或紫外光照射到陶瓷浆料中的陶瓷粉体与光敏树脂的界面，发生入射光因为散射而能量减弱，所以Sd减小，因而固化深度降低，故打印效率降低。目前市面上低折射率的氧化硅、氧化铝以及氧化锆的3D打印技术已经相对成熟，其相对密度可以达到99％，但是对于碳化硅、氮化硅等高折射率的结构陶瓷，压电陶瓷、生物陶瓷等功能陶瓷，以及超硬陶瓷材料在3D打印技术上仍存在以下缺点：1、对于陶瓷粉末-树脂或者陶瓷粉末-水基的浆料体系，提高陶瓷浆料固相含量有利于提高之间的致密度，减少收缩率，但是浆料的粘度也随着提高，流动性降低，导致难以铺料涂覆。毛坯件中含有大量的有机物，这使得经过脱脂和烧结之后产生的成品往往会相对于初始设计尺寸拥有30％左右的体积收缩量；2、与传统光敏树脂固化过程不同，陶瓷浆料中存在大量悬浮的陶瓷颗粒，这些陶瓷颗粒成为入射光的散射中心，引发多次散射，导致陶瓷浆料表现出与光敏树脂不同的固化特性。其陶瓷颗粒与光敏树脂的折射率差别越大，光敏树脂与陶瓷颗粒的界面散射影响越大，激光的入射能量损失越大，导致浆料的固化深度降低，固化宽度增加，降低3D打印效率和打印精度，进而限制了该技术在陶瓷生产中的使用。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种3D打印光固化陶瓷颗粒的制备方法，其具体技术方案如下：一种3D打印光固化陶瓷颗粒，包括：陶瓷基体；包覆于所述陶瓷基体表面的包覆层；所述包覆层为树脂层，其折射率优选为1.40～1.55，更优选为1.45～1.50。优选的，所述包覆层的厚度为20nm～5μm；所述树脂选自石蜡、聚丙烯酸树脂、环氧树脂、醇酸树脂、聚氯乙烯和合成脂肪酸中的一种或多种，优选为石蜡、聚丙烯酸树脂、环氧树脂或聚氯乙烯，更优选为石蜡或聚丙烯酸树脂。优选的，所述陶瓷基体的折射率大于2；所述陶瓷基体选自粒径为50nm～10μm的粉体颗粒。优选的，所述陶瓷基体选自结构陶瓷、功能陶瓷、超硬陶瓷和无机非金属材料中的一种或多种；其中，所述功能陶瓷优选为包括钛酸钡系等二元、三元压电陶瓷，以及钇钡铜氧化物等超导陶瓷；所述生物陶瓷优选为磷酸钙、磷酸三钙，以及发光陶瓷、介电陶瓷等；所述超硬陶瓷优选为氮化硼、金刚石；所述结构陶瓷优选为氧化硅、氧化铝、氧化锆、氮化硅、氮化铝、碳化硅、碳化钨、碳化钛、氮化钛和碳化硼。优选的，所述陶瓷基体为氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷；所述氧化物陶瓷选自氧化铝(Al2O3)和/或氧化锆(ZrO2)；所述非氧化物陶瓷选自氮化硅(Si3N4)、氮化硼(CBN)、金刚石(PCD)、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)、氮化钛(TiN)、碳氮化钛(TiCN)、碳化硼(B4C)和二硼化钛(TiB2)中的一种或多种。本专利技术还提供了一种上述3D打印光固化陶瓷颗粒的制备方法，包括以下步骤：a)将包覆树脂溶解于溶剂中，得到包覆液；b)将经过干燥处理的陶瓷粉体悬浮于雾化腔中，使其均匀分散于雾化腔内；向所述雾化腔中加入步骤a)的包覆液，使得所述包覆液在所述雾化腔中雾化，雾化后的包覆液包覆在所述陶瓷粉体的表面并形成包覆层；所述包覆层的最外侧的折射率和光敏树脂的折射率相同或相近；所述包覆层的折射率为1.40～1.55。当陶瓷基体表面的包覆层为多层堆叠结构时，折射率按照梯度上升至其表面的折射率与陶瓷颗粒的相近。优选的，步骤a)中所述包覆树脂和溶剂的体积比为1:99～10:90，优选为1:99～3:97；所述溶剂为可溶解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印光固化陶瓷颗粒，其特征在于，包括：陶瓷基体；包覆于所述陶瓷基体表面的包覆层；所述包覆层为树脂层，其折射率为1.40～1.55。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印光固化陶瓷颗粒，其特征在于，包括：陶瓷基体；包覆于所述陶瓷基体表面的包覆层；所述包覆层为树脂层，其折射率为1.40～1.55。2.根据权利要求1所述的3D打印光固化陶瓷颗粒，其特征在于，所述包覆层的厚度为20nm～5μm；所述树脂选自石蜡、聚丙烯酸树脂、环氧树脂、醇酸树脂、聚氯乙烯和合成脂肪酸中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的3D打印光固化陶瓷颗粒，其特征在于，所述陶瓷基体的折射率大于2；所述陶瓷基体选自粒径为50nm～10μm的粉体颗粒。4.根据权利要求1所述的3D打印光固化陶瓷颗粒，其特征在于，所述陶瓷基体选自结构陶瓷、功能陶瓷、超硬陶瓷和无机非金属材料中的一种或多种；所述超硬陶瓷为氮化硼和/或金刚石。5.根据权利要求1所述的3D打印光固化陶瓷颗粒，其特征在于，所述陶瓷基体为氧化物陶瓷和/或非氧化物陶瓷；所述氧化物陶瓷选自氧化铝和/或氧化锆；所述非氧化物陶瓷选自氮化硅、氮化硼、金刚石、碳化硅、氮化铝、碳化钨、碳化钛、氮化钛、碳氮化钛、碳化硼和二硼化钛中的一种或多种。6.一种权利要求1至5任意一项所述的3D打印光固化陶瓷颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍尚华，李艳辉，李练，王明浪，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44