一种基于光固化成型的3D打印制备氮化硅陶瓷的方法技术

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打印制备氮化硅陶瓷的方法。本发明专利技术提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：氮化硅陶瓷粉体、单体、光引发剂、分散剂、表面改性剂和消泡剂。本发明专利技术还提供了一种利用上述组合物制备氮化硅陶瓷的制备方法。本发明专利技术提供的技术方案中，通过优化原料选择和配比，更适应于生产制备氮化硅陶瓷；所制得的氮化硅陶瓷产品，陶瓷颗粒分散均匀、尺寸精度高、表面光洁度好，提高了陶瓷产品的可靠性，同时，还具有制备效率高的优点，有效降低了时间成本和人力成本。本发明专利技术提供的技术方案，解决了现有技术中，氮化硅陶瓷坯体主要存在着：成品不均匀、烧结后产品尺寸精度差以及制备成本高的技术缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光固化成型的3D打印制备氮化硅陶瓷的方法
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打印制备氮化硅陶瓷的方法。
技术介绍
氮化硅陶瓷部件在机械、化工和汽车等领域均有着广泛的应用，例如：氮化硅陶瓷齿轮、涡轮转子、切削刀具和轴承等。目前，氮化硅陶瓷部件的成型方法包括：冷等静压成型、干压成型、注浆成型以及热压铸成型等。其中，干压成型的方法虽然效率较高，但成型产品存在密度差异、显微结构不均匀的问题，同时不易成型复杂形状和异形产品；冷等静压成型方法可得到高密度和高均匀性的成型坯体，但仍难以成型形状复杂的陶瓷零部件，且成型效率低和手工操作多；注浆成型虽可成型异形产品，达到近净尺寸，但成型坯体易产生密度不均和成分偏析，以及成型尺寸精度低和产品可靠性下降等问题，此外该成型方法需手工操作，坯体干燥效率低；热压铸成型的最大问题是生产周期长，效率低下，排除石蜡等有机粘结剂需要几十小时甚至上百小时，且在排蜡过程中陶瓷容易产生气孔和开裂等缺陷。现有技术中，氮化硅陶瓷坯体主要存在着：成品不均匀、烧结后产品尺寸精度差以及制备成本高的技术缺陷。因此，研发出一种基于光固化成型的3D打印制备氮化硅陶瓷的方法，用于解决现有技术中，氮化硅陶瓷坯体主要存在着：成品不均匀、烧结后产品尺寸精度差以及制备成本高的技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于光固化成型的3D打印制备氮化硅陶瓷的方法，用于解决现有技术中，氮化硅陶瓷坯体主要存在着：成品不均匀、烧结后产品尺寸精度差以及制备成本高的技术缺陷。本专利技术提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：氮化硅陶瓷粉体、单体、光引发剂、分散剂、表面改性剂和消泡剂；所述单体选自：聚氨酯丙烯酸酯、聚氨酯六丙烯酸酯、季戊四醇丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯以及聚氨酯二丙烯酸酯中的一种或多种。优选地，以质量份计，所述组合物的原料包括：氮化硅陶瓷粉体20～80份、单体15～40份、光引发剂0.1～5份、分散剂0.1～5份、表面改性剂0.1～5份和消泡剂0.1～5份。优选地根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述光引发剂选自：巴斯夫-184、巴斯夫-819以及巴斯夫-784中的一种或多种，所述光引发剂的吸收波长为322～450nm；所述分散剂选自：BYK-9076、BYK-9077、BYK-P104s以及BYK-AT204中的一种或多种；所述表面改性剂选自：铝酸酯、硬脂酸以及油酸中的一种或多种；所述消泡剂选自：巴斯夫-8034A、巴斯夫-NXZ以及毕克-555中的一种或多种。优选地，所述氮化硅陶瓷粉体的粒径为0.01～1μm，所述氮化硅陶瓷粉体具有双峰分布结构，所述氮化硅陶瓷粉体的纯度大于99％。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氮化硅陶瓷的制备方法，所述制备方法为：步骤一、制备浆料：氮化硅陶瓷粉体、预混液、分散剂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、后处理：所述坯体依次经干燥、热脱脂和烧结，得产品。优选地，所述浆料的制备方法为：S1：氮化硅陶瓷粉体、分散剂和乙醇混合，第一次球磨后烘干，得复合粉体；S2：单体、分散剂和消泡剂混合，得预混液；S3：所述预混液、复合粉体、消泡剂、分散剂和表面改性剂混合，第二次球磨，得初浆料；S4：所述初浆料除气泡后，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氮化硅，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3～7mm，所述第一次球磨的料球比为1:1～5:1；所述第二次球磨的球磨介质为氮化硅，所述第二次球磨的球磨介质形状为球形，所述第二次球磨的球磨介质直径为1～5mm，所述第二次球磨的料球比为1:1～3:1。优选地，所述除气泡的方法为：所述初浆料在负压环境下搅拌10～60min；所述负压环境的真空度大于0.09MPa。优选地，所述光固化成型中，光源波长为365～405nm，曝光量为10～200mJ/cm2。优选地，所述光固化成型中，分层厚度为25～100μm，单层曝光时间为3～20s。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：氮化硅陶瓷粉体、单体、光引发剂、分散剂、表面改性剂和消泡剂；所述单体选自：聚氨酯丙烯酸酯、聚氨酯六丙烯酸酯、季戊四醇丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯以及聚氨酯二丙烯酸酯中的一种或多种。本专利技术还提供了一种利用上述组合物制备氮化硅陶瓷的制备方法，所述制备方法为：步骤一、制备浆料：氮化硅陶瓷粉体、预混液、分散剂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、后处理：所述坯体依次经干燥、热脱脂和烧结，得产品。本专利技术提供的技术方案中，通过优化原料选择和配比，更适应于生产制备氮化硅陶瓷；所制得的氮化硅陶瓷产品，陶瓷颗粒分散均匀、尺寸精度高、表面光洁度好，提高了陶瓷产品的可靠性，同时，还具有制备效率高的优点，有效降低了时间成本和人力成本。本专利技术提供的一种基于光固化成型的3D打印制备氮化硅陶瓷的方法，解决了现有技术中，氮化硅陶瓷坯体主要存在着：成品不均匀、烧结后产品尺寸精度差以及制备成本高的技术缺陷。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打印制备氮化硅陶瓷的方法，用于解决现有技术中，氮化硅陶瓷坯体主要存在着：成品不均匀、烧结后产品尺寸精度差以及制备成本高的技术缺陷。下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为了更详细说明本专利技术，下面结合实施例对本专利技术提供的一种基于光固化成型的3D打印制备氮化硅陶瓷的方法，进行具体地描述。实施例1步骤一、制备浆料40g氮化硅陶瓷粉体、0.2g分散剂和120g乙醇混合，第一次球磨后在60℃条件下烘干，得到粉体1。本实施例中，第一次球磨的球磨介质为氮化硅，第一次球磨的球磨介质的形状为球状，第一次球磨的球磨介质直径为1mm，第一次球磨的料球比为1：1。60g单体、0.2g分散剂和1g消泡剂混合，得预混液1。预混液1、粉体1和0.4g表面改性剂混合，第二次球磨，得初浆料1。本实施例中，第二次球磨的球磨介质为氮化硅，第二次球磨的球磨介质的形状为球状，第二次球磨的球磨介质直径为3mm，第二次球磨的料球比为1：1。初浆料1在真空度大于0.09MPa的负压环境下搅拌10min除气泡后，与0.6g光引发剂混合，得浆料1。本实施例中，氮化硅陶瓷粉体具有双峰分布结构，氮化硅陶瓷粉体的粒径为0.01～1μm，氮化硅陶瓷粉体的纯度大于99％；单体为聚氨酯丙烯酸酯，分散剂为BYK-9076，消泡剂为巴斯夫-8034A，表面改性剂为铝酸酯，光引发剂为巴斯夫-184。步骤二、成型浆料1置于光固化成型设备中，按照预先设计的模型制备，得坯体1。本实施例中，光源波长为365nm，曝光量为30mJ/cm2，分层厚度为25μm，单层曝光时间为3s。步骤三、后处理坯体1依次经干燥、热脱脂和烧结，得产品1。本实施例中，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：氮化硅陶瓷粉体、单体、光引发剂、分散剂、表面改性剂和消泡剂；所述单体选自：聚氨酯丙烯酸酯、聚氨酯六丙烯酸酯、季戊四醇丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯以及聚氨酯二丙烯酸酯中的一种或多种。

【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：氮化硅陶瓷粉体、单体、光引发剂、分散剂、表面改性剂和消泡剂；所述单体选自：聚氨酯丙烯酸酯、聚氨酯六丙烯酸酯、季戊四醇丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯以及聚氨酯二丙烯酸酯中的一种或多种。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：氮化硅陶瓷粉体20～80份、单体15～40份、光引发剂0.1～5份、分散剂0.1～5份、表面改性剂0.1～5份和消泡剂0.1～5份。3.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-184、巴斯夫-819以及巴斯夫-784中的一种或多种，所述光引发剂的吸收波长为322～460nm；所述分散剂选自：BYK-9076、BYK-9077、BYK-P104s以及BYK-AT204中的一种或多种；所述表面改性剂选自：铝酸酯、硬脂酸以及油酸中的一种或多种；所述消泡剂选自：巴斯夫-8034A、巴斯夫-NXZ以及毕克-555中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述氮化硅陶瓷粉体的粒径为0.01～1μm，所述氮化硅陶瓷粉体具有双峰分布结构，所述氮化硅陶瓷粉体的纯度大于99％。5.一种利用权利要求1至4任意一项所述的组合物制备氮化硅陶瓷的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：步骤一、制备浆料：氮化硅陶瓷粉体、预...

【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