改进的陶瓷粉体浆料及直写成型三维结构的制备方法技术

本发明专利技术属于3D打印成型技术范围，具体涉及改进的陶瓷粉体浆料及直写成型三维结构的制备方法。本发明专利技术提出采用相反类型的两种或多种分散剂制备直写成型用陶瓷粉体浆料的方法，即首先采用某种类型的分散剂制备陶瓷粉体浆料，然后再在该浆料中添加一种或多种类型相关的分散剂，最后获得既具有一定流动性又具有一定粘弹性的陶瓷粉体浆料，并采用该浆料制备三维立体结构。本发明专利技术制备的三维立体结构经后期烧结（热处理）可获得致密的陶瓷部件且尺度范围广，可简单实现微米级至分米级的控制。

Improved ceramic powder size and preparation method of direct writing three-dimensional structure

The invention belongs to the range of 3D printing molding technology, in particular to the improved ceramic powder size and the preparation method of the direct writing three-dimensional structure. The present invention uses two or more of the opposite type of dispersant was prepared by direct write method of ceramic powder slurry, firstly using dispersant for preparing ceramic powder slurry of a type, and then in the slurry to add one or more types of dispersant the obtained ceramic powder slurry not only has certain fluidity and has certain viscoelastic, and three-dimensional structure of the slurry system. The three-dimensional structure of the invention is prepared by post sintering (heat treatment) can obtain dense ceramic components and a wide range of scales, can achieve a simple control to micrometer decimeter.

【技术实现步骤摘要】
改进的陶瓷粉体浆料及直写成型三维结构的制备方法
本专利技术涉及3D打印成型
，具体涉及改进的陶瓷粉体浆料及直写成型三维结构的制备方法。
技术介绍
直写成型技术（DirectInkWriting）是一种新型的陶瓷材料3D打印成型技术【JALewis.Colloidalprocessingofceramics.JournaloftheAmericanCeramicSociety,2000,83(10):2341-2359.】。该技术首先借助计算机辅助（CAD）设计所需的三维结构的图案，然后通过计算机自动控制安装在Z轴上的由针筒和针嘴组成的陶瓷粉体浆料输送装置，将针筒内的浆料从针嘴内挤出精确尺寸的线型流体，同时X-Y轴依照程序设定的轨迹移动，将线型流体沉积在运动平台上，得到第一层结构。完成第一层成型之后，Z轴马达带动浆料输送装置精确地向上移动到结构方案确定的高度，第二层成型将在第一层结构上进行。随后，通过逐层叠加的方式，获得用传统的成型工艺无法制备的复杂三维立体结构。直写成型技术对陶瓷粉体浆料具有很高的流变性能要求。在直写成型过程中，为顺利地通过针嘴，陶瓷粉体浆料要求具有很好的流动性；而当其流过针嘴形成线形流体后，浆料又要求失去流动性，具有很好的成型性，从而保障成型结构的形状不发生变化。为满足这一要求，众多研究者通过改变浆料的pH，或者增加浆料的离子强度等各种方式来调节浆料的流变性能，期望能够满足直写成型的要求。Cesarano采用具有高剪切变稀流变性能的氧化铝粉体浆料来进行直写成型【JIIICesarano,TABaer,PCalvert.Recentdevelopmentsinfreeformfabricationofdenseceramicsfromslurrydeposition.Albuquerque,NM:SandiaNationalLabs.,1997.】；Smay设计了通过改变浆料的pH来获得一种能够满足直写成型要求的胶体凝胶浆料【JESmay,JCesarano,JALewis.Colloidalinksfordirectedassemblyof3-Dperiodicstructures.Langmuir,2002,18(14):5429-5437】；Li等通过改变悬浮液中的离子浓度来调节悬浮液的流变性能【QLi,JALewis.NanoparticleInksforDirectedAssemblyofThree-dimensionalperiodicstructures.AdvancedMaterials,2003,15(19):1639-1643】。虽然通过各种方式在一定程度上能够满足成型要求，但是仍然常常出现打印头堵塞针等使直写成型无法继续进行的现象。
技术实现思路
为解决上述技术问题，我们提出了改进的陶瓷粉体浆料及直写成型三维结构的制备方法，其可获得致密的陶瓷部件且所制备的三维立体结构的尺度范围广，可简单实现微米级至分米级的控制。为达到上述目的，本专利技术提供了一种改进的陶瓷粉体浆料的制备方法，其具体步骤如下：1）将一定比例的水、陶瓷粉体、烧结助剂和某一类型分散剂进行球磨，制得合适的粘度和固含量的浆料，其中，粉体的固含量为0.01%~99%，分散剂的加入量为粉体质量的0.001%~10%；2）在所述浆料中添加一种或多种相反类型的分散剂继续进行球磨即可；其中，粉体的固含量为0.01%~99%，分散剂的加入量为粉体质量的0.001%~10%，两种相反类型分散剂的质量比为0.001%~1000%，球磨的速度为10rad/min~50rad/min。优选的，所述陶瓷粉体为氧化铝粉体、氮化硅粉体、氧化锆粉体、氮化铝粉体中的一种。优选的，所述烧结助剂为氧化钇、氧化镧、氧化镁中一种或多种。优选的，所述分散剂为阴离子型分散剂、阳离子型分散剂中的一种。优选的，所述阴离子型分散剂为聚丙烯酸类、聚马来酸类、聚苯乙烯硫酸类、聚苯磺酸类、聚乙烯磺酸类、聚乙烯磷酸类中一种或多种。优选的，所述阳离子型分散剂聚乙烯亚胺盐酸盐类、聚乙烯吡啶类、聚乙烯胺类中一种或多种。优选的，所述球磨使用的磨球为氧化锆球、氧化铝球中一种。本专利技术还提供了一种采用陶瓷粉体浆料直写成型三维结构的制备方法，该方法包括如下步骤：1）将陶瓷粉体浆料进行真空搅拌除气5min~30min；2）再进行直写成型，获得三维立体结构的坯体；其中，温度控制为20℃~40℃，湿度控制为40%~72%。直写成型压力为10PSI~2000PSI；打印头移动速度为0.01mm/sec~600mm/sec；3）将成型的坯体置于湿度为60%~82%，温度为60℃~80℃的条件下干燥1~2小时；4)再将坯体置于排胶烧结炉内，以1℃/min~2.5℃/min的升温速率升至600℃~800℃保温2~3小时进行排胶;5)然后继续以8℃/min~14℃/min的升温速率升至1400℃~1850℃烧结2~3小时即可，其中，烧结炉内抽真空后注入氩气。优选的，所述陶瓷粉体浆料由上述的改进的陶瓷粉体浆料的制备方法制备而成。通过上述技术方案，本专利技术的有益效果是采用在陶瓷粉体浆料中添加相反类型分散剂的方法来浆料的流变性能使之符合直写成型技术的要求，其优点在于：一、陶瓷粉体浆料的流变性能只需控制各种分散剂的添加顺序和添加量即可简单调控，获得满足直写成型要求的浆料；二、采用本专利技术提出的陶瓷粉体浆料进行直写成型时，不容易发生堵嘴等现象，利于直写成型工艺的控制；三、本专利技术是一种无模成型，制备的三维立体结构是传统的成型工艺无法获得的；四、本专利技术不受材料体系的限制，适用范围广，可用于成型通过粉体成型的多种陶瓷，并且制备三维立体结构经烧结后获得致密的部件；五、本专利技术制备的三维立体结构的尺度范围广，可简单实现微米级至分米级的控制。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例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作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。下面对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。实施例1.采用分散剂聚丙烯酸钠和聚乙烯亚胺盐酸钠制备ZrO2浆料并成型微米级三维立体结构，具体如下：将4g阴离子分散剂聚丙烯酸钠和Y2O3稳定的200g的ZrO2粉体（D50为0.8μm）加入到12mL去离子水中进行球磨，然后再加入2g阳离子型分散剂聚乙烯亚胺盐酸钠，继续球磨5小时，获得ZrO2浆料。其中，磨球为300g的氧化锆球，球磨速度为20rad/min；将获得的ZrO2浆料进行真空搅拌除气15min后，再进行直写成型，获得纵横交错的三维立体结构，温度控制为35℃左右，湿度控制为40%，直写成型压力为50PSI，打印头移动速度为10mm/sec；将成型的坯体置于湿度为60%，温度为70℃的条件下干燥2小时；再将坯体置于排胶烧结炉内，以1.5℃/min的升温速率升至800℃保温3小时进行排胶，然后继续以10℃/min的升温速率升至1400℃烧结2小时。实例2、采用分散剂聚乙烯亚胺、聚丙烯酸钠和聚乙烯磷酸制备Si3N4粉体浆料并成型毫米级三维立体结构，具体如下：先将阳离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改进的陶瓷粉体浆料的制备方法，其特征在于，其具体步骤如下：1）将一定比例的水、陶瓷粉体、烧结助剂和某一类型分散剂进行球磨，制得合适的粘度和固含量的浆料，其中，粉体的固含量为0.01%~99%，分散剂的加入量为粉体质量的0.001%~10%；2）在所述浆料中添加一种或多种相反类型的分散剂继续进行球磨即可；其中，粉体的固含量为0.01%~99%，分散剂的加入量为粉体质量的0.001%~10%，两种相反类型分散剂的质量比为0.001%~1000%，球磨的速度为10 rad/min ~50 rad/min。

【技术特征摘要】
1.一种改进的陶瓷粉体浆料的制备方法，其特征在于，其具体步骤如下：1）将一定比例的水、陶瓷粉体、烧结助剂和某一类型分散剂进行球磨，制得合适的粘度和固含量的浆料，其中，粉体的固含量为0.01%~99%，分散剂的加入量为粉体质量的0.001%~10%；2）在所述浆料中添加一种或多种相反类型的分散剂继续进行球磨即可；其中，粉体的固含量为0.01%~99%，分散剂的加入量为粉体质量的0.001%~10%，两种相反类型分散剂的质量比为0.001%~1000%，球磨的速度为10rad/min~50rad/min。2.根据权利要求1所述的一种改进的陶瓷粉体浆料的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉体为氧化铝粉体、氮化硅粉体、氧化锆粉体、氮化铝粉体中的一种。3.根据权利要求1所述的一种改进的陶瓷粉体浆料的制备方法，其特征在于，所述烧结助剂为氧化钇、氧化镧、氧化镁中一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种改进的陶瓷粉体浆料的制备方法，其特征在于，所述分散剂为阴离子型分散剂、阳离子型分散剂中的一种。5.根据权利要求4所述的一种改进的陶瓷粉体浆料的制备方法，其特征在于，所述阴离子型分散剂为聚丙烯酸类、聚马来酸类、聚苯乙烯硫酸类、聚苯磺酸类、聚乙烯磺酸类、聚乙烯磷酸类中一种或多种。6.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小锋，郑兆柱，刘萌，于凯，
申请(专利权)人：苏州拜博机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32