一种基于光固化成型的3D打印制备ZTA复相陶瓷的方法技术

本发明专利技术属于3D打印技术领域，尤其涉及一种基于光固化成型的3D打印制备ZTA复相陶瓷的方法。本发明专利技术提供了一种组合物，组合物的原料包括：陶瓷粉体、预混液、光引发剂、分散剂、表面改性剂、锆盐和钛盐。本发明专利技术还提供了一种利用上述组合物制备ZTA陶瓷的制备方法，为：制备浆料、成型、干燥和脱脂、浸渗以及后处理。本发明专利技术提供的技术方案中，通过光固化成型法制备陶瓷坯体，成型效率高、产品尺寸精度高；通过脱脂步骤参数的优化，脱脂过程坯体不变形、不开裂；通过浸渗步骤，实现了极少量作为添加剂的情况下，降低了增韧ZTA陶瓷材料的烧结温度。同时，经电镜观察产品结构，产品微观结构均匀，解决了现有技术中，ZTA陶瓷的烧结温度较高的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光固化成型的3D打印制备ZTA复相陶瓷的方法
本专利技术属于3D打印
，尤其涉及一种基于光固化成型的3D打印制备ZTA复相陶瓷的方法。
技术介绍
3D打印技术即光固化成型技术(StereolithographyAppearance，缩写SLA)，其原理为：通过计算机控制特定波长与强度的激光束在x-y面进行扫描，使之由点到线，由线到面顺序凝固，使陶瓷浆料选择性固化，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面，如此层层叠加构成一个陶瓷坯体。然而利用光固化成型工艺虽然能够很容易制备出复杂结构的ZTA陶瓷部件，但ZTA陶瓷存在低温老化现象，降低了其强度、硬度及相关力学性能，进一步地限制了其在工业上的应用，因此非常有必要对ZTA掺杂，以调控其力学性能。现有技术中，ZTA的掺杂方法，不仅难以制备出均匀结构的ZTA陶瓷材料，反而会加剧微观结构的不均匀性。因此，研发出一种基于光固化成型的3D打印制备ZTA复相陶瓷的方法，用于解决现有技术中，ZTA的掺杂方法制得的ZTA陶瓷材料结构不均匀，特别是微观结构不均匀的技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于光固化成型的3D打印制备ZTA复相陶瓷的方法，用于解决现有技术中，ZTA的掺杂方法制得的ZTA陶瓷材料结构不均匀，特别是微观结构不均匀的技术缺陷。本专利技术提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：陶瓷粉体、预混液、光引发剂、分散剂、表面改性剂、锆盐和钛盐；所述预混液的溶质选自：丙烯酰胺、二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟基乙酯以及N–N’亚甲基双丙烯酰胺中的一种或多种。优选地，以质量份计，所述组合物的原料包括：陶瓷粉体40～90份、预混液30～50份、光引发剂1～3份、分散剂1～3份、表面改性剂1～3份、锆盐5～20份和钛盐5～20份。优选地，所述预混液的溶剂选自：去离子水、甘油以及无水乙醇中的一种或多种；所述预混液中，溶质的质量浓度为20～85％。优选地，所述光引发剂选自：巴斯夫819、巴斯夫907以及巴斯夫1173中的一种或多种；所述分散剂选自：聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵以及BYK-9077中的一种或多种；所述表面改性剂选自：铝酸酯、钛酸酯以及硬脂酸中的一种或多种。优选地，所述陶瓷粉体为氧化铝陶瓷粉体，所述锆盐选自：ZrOCl2·8H2O、Zr(NO3)4·5H2O和Zr(SO4)2·4H2O中的一种或多种。优选地，所述氧化铝陶瓷粉体具有双峰分布结构，即：所述氧化铝陶瓷粉体的粒径分布较宽。优选地，所述氧化铝陶瓷粉体由两种不同粒径的氧化铝陶瓷粉体复配制得。本专利技术还提供了一种利用以上任意一项所述的组合物制备ZTA陶瓷的制备方法，所述制备方法为：步骤一、制备浆料：陶瓷粉体、预混液、分散剂、锆盐和表面改性剂混合后球磨，再与光引发剂混合，得浆料；步骤二、成型：所述浆料光固化成型，得坯体；步骤三、干燥和脱脂：所述坯体依次经第一次干燥和脱脂，得多孔坯体；步骤四、浸渗：所述多孔坯体在浸渗溶液中浸渗，得浸渗坯体；步骤五、后处理：所述浸渗坯体依次经第二次干燥和烧结，得陶瓷产品。优选地，所述浆料的制备方法为：溶质溶于溶剂中搅拌得预混液；氧化铝陶瓷粉体和锆盐溶液混合后，调节pH至9～10，干燥后过筛，得复合粉体，所述锆盐溶液的溶剂选自：去离子水、乙醇和丙酮中的一种或多种；所述复合粉体、乙醇和分散剂混合后，第一次球磨，得第一产物；所述第一产物、预混液、分散剂和表面改性剂混合后，第二次球磨，得第二产物；所述第二产物除气泡后与光引发剂混合，得浆料。优选地，所述第一次球磨的球磨介质为氧化铝，所述第一次球磨的球磨介质形状为球状，所述第一次球磨的球磨介质直径为5～10mm，所述第一次球磨的料球比为3:1～8:1，所述第一次球磨的时间为3～8h。优选地，所述第二次球磨的球磨介质为氧化铝，所述第二次球磨的球磨介质形状为球状，所述第二次球磨的球磨介质直径为1～3mm，所述第二次球磨的料球比为1:1～5:1，所述第二次球磨的时间为6～12h。优选地，所述除气泡的方法为：所述第二产物在负压条件下搅拌10～60min。优选地，所述浸渗溶液为钛盐溶液；所述浸渗溶液中的钛盐选自；Ti(SO4)2、Ti(S2O7)2、TiO(SO4)、Ti4O5(SO4)3、Ti7O13(SO4)、Ti2O3(SO4)，所述浸渗溶液的溶剂为水和/或乙醇；所述浸渗溶液中，Ti4+的浓度为0.1～5mol/L；所述浸渗的时间为1～12h。优选地，所述浸渗的真空度大于0.08MPa。优选地，所述浸渗溶液的配制方法为：所述钛盐溶于所述浸渗溶液的溶剂后，30～90℃水浴加热条件下超声10～30min。优选地，所述第一次干燥的方法为液体干燥和/或微波干燥，所述第一次干燥的时间为5～36h；所述脱脂的方法为：干燥后的坯体先进行真空脱脂或气氛保护脱脂后，再进行空气脱脂，所述多孔坯体的孔隙率为40～60％；所述第二次干燥的温度为30～100℃，所述第二次干燥的时间为6～24h；所述烧结的方法为：第二次干燥后的坯体以10～15℃/min的速率升温至1350～1550℃后，保温1～4h。优选地，所述第一次干燥的温度为25～60℃。优选地，所述真空脱脂或气氛保护脱脂的方法为：以0.1～5℃/min的速率升温至600～1000℃并保温1～4h后，冷却至室温；升温过程中，每隔100～200℃保温30-60min。优选地，所述真空脱脂的真空度小于0.09MPa，所述气氛保护脱脂的保护气为：N2或惰性气体。优选地，所述空气脱脂的方法为：以3～8℃/min的速率升温至600～800℃并保温2～4h，冷却至室温。优选地，所述光固化成型的扫描速度为2000～4000mm/s，所述光固化成型的扫描方式为XYSTA，所述光固化成型的扫描间距为0.1～0.5mm，所述光固化成型的光波长为355～460nm。综上所述，本专利技术提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：陶瓷粉体、预混液、光引发剂、分散剂、表面改性剂和锆盐；所述预混液的溶质选自：丙烯酰胺、二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟基乙酯以及N–N’亚甲基双丙烯酰胺中的一种或多种。本专利技术还提供了一种利用上述组合物制备ZTA陶瓷的制备方法，所述制备方法为：步骤一、制备浆料：陶瓷粉体、预混液、分散剂、锆盐和表面改性剂混合后球磨，再与光引发剂混合，得浆料；步骤二、成型：所述浆料光固化成型，得坯体；步骤三、干燥和脱脂：所述坯体依次经第一次干燥和脱脂，得多孔坯体；步骤四、浸渗：所述多孔坯体在浸渗溶液中浸渗，得浸渗坯体；步骤五、后处理：所述浸渗坯体依次经第二次干燥和烧结，得陶瓷产品。本专利技术提供的技术方案中，通过光固化成型法制备陶瓷坯体，成型效率高、产品尺寸精度高；通过脱脂步骤参数的优化，脱脂过程坯体不变形、不开裂；通过浸渗步骤，实现了极少量作为添加剂的情况下，制得增韧ZTA陶瓷材料。同时，经电镜观察产品结构，产品微观结构均匀，解决了现有技术中，ZTA的掺杂方法制得的ZTA陶瓷材料结构不均匀，特别是微观结构不均匀的技术缺陷。具体实施方式本专利技术提供了一种基于光固化成型的3D打印制备ZTA复相陶瓷的方法，用于解决现有技术中，ZT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，其特征在于，所述组合物的原料包括：陶瓷粉体、预混液、光引发剂、分散剂、表面改性剂、锆盐和钛盐；所述预混液的溶质选自：丙烯酰胺、二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸2‑羟基乙酯以及N–N’亚甲基双丙烯酰胺中的一种或多种。

【技术特征摘要】
1.一种组合物，其特征在于，所述组合物的原料包括：陶瓷粉体、预混液、光引发剂、分散剂、表面改性剂、锆盐和钛盐；所述预混液的溶质选自：丙烯酰胺、二甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸2-羟基乙酯以及N–N’亚甲基双丙烯酰胺中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，以质量份计，所述组合物的原料包括：陶瓷粉体40～90份、预混液30～50份、光引发剂1～3份、分散剂1～3份、表面改性剂1～3份、锆盐5～20份和钛盐5～20份。3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述预混液的溶剂选自：去离子水、甘油以及无水乙醇中的一种或多种；所述预混液中，溶质的质量浓度为20～85％。4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述光引发剂选自：巴斯夫819、巴斯夫907以及巴斯夫1173中的一种或多种；所述分散剂选自：聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵以及BYK-9077中的一种或多种；所述表面改性剂选自：铝酸酯、钛酸酯以及硬脂酸中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述陶瓷粉体为氧化铝陶瓷粉体，所述锆盐选自：ZrOCl2·8H2O、Zr(NO3)4·5H2O和Zr(SO4)2·4H2O中的一种或多种。6.一种利用权利要求1至5任意一项所述的组合物制备ZTA陶瓷的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：步骤一、制备浆料：陶瓷粉体、预混液、分散剂、锆盐和表面改性剂混合后球磨，再与光引发剂混合，得浆料；步骤二、成型：所述浆料光固化成型，得坯体；步骤三、干燥和脱脂：所述坯体依次经第一次干燥和脱脂，得多孔坯体；步骤四、浸渗：所述多孔坯体在浸渗溶液中浸渗，得浸渗坯体；步骤五、后处理：所述浸渗坯体依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，伍海东，伍尚华，吴子薇，蒋强国，李炼，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44