一种用于光固化3D打印的陶瓷材料、陶瓷件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于光固化3D打印的陶瓷材料、陶瓷件及其制备方法，制备方法包括以下步骤：S0，称取一定量的平均粒径在1～10μm的陶瓷粉体、粘度在100cps以下的有机单体以及含酸性基团的共聚物分散剂，所述分散剂分为两份；S1，将陶瓷粉体和有机溶剂按照体积比为1∶1～1∶2倒入球磨罐中，加入第一份的分散剂，充分球磨后，过滤干燥，得到预分散处理的粉体；S2，将有机单体倒入容器中，机械搅拌，加入自由基型的光引发剂、增稠剂和第二份的分散剂，搅拌溶解，得到混合溶液；S3，分多次将粉体加入到混合溶液中制成混合浆料，搅拌均匀后转到球磨罐中，充分球磨后制得陶瓷材料。本发明专利技术制得的陶瓷材料稳定性好，且制成的陶瓷件尺寸收缩小，密度和抗弯强度也均较高。

Ceramic material, ceramic component used for UV curing 3D printing and preparation method thereof

The invention discloses a ceramic material, ceramic piece and a preparation method for light curing 3D printing. The preparation method comprises the following steps: S0, a ceramic powder with an average particle size of 1~10 mu m, an organic monomer with a viscosity below 100cps, and a copolymer dispersant containing acid groups, and the dispersant is divided into two. S1, the ceramic powder and the organic solvent are poured into the ball milling tank according to the volume ratio of 1: 1~1: 2, and the first dispersing agent is added, after full ball milling, the powder is dried and the pre dispersed powder is obtained. S2, the organic monomers are poured into the container, and the free radical type photoinitiator, thickener and second parts are stirred by mechanical agitation. The dispersing agent is stirred and dissolved and the mixed solution is obtained. S3 is added into the mixed solution for many times to make the mixed slurry, and then it is stirred and then transferred to the ball milling tank, and the ceramic material is made after full ball milling. The ceramic material prepared by the invention has good stability, and the size of the ceramic parts is small, and the density and bending strength are higher.

【技术实现步骤摘要】
一种用于光固化3D打印的陶瓷材料、陶瓷件及其制备方法
本专利技术涉及一种用于光固化3D打印的陶瓷材料、陶瓷件及其制备方法。
技术介绍
随着现在3D打印行业的兴起，增材制造行业进入了一个新的高速发展的时代，很多传统工艺不能实现的复杂精美的工件，都能通过3D打印来制造。现有相对比较成熟的3D打印方式有熔融沉积式(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、立体平板印刷(SLA)和数字光处理(DLP)等，这些方式的工作原理各不相同，对各自的可打印的材料有一些相应的要求，所以还不是所有的材料都能用3D打印的方式成型。现在能够实现3D打印的材料已经有很多了，包括各种金属合金和塑料尼龙等。陶瓷材料作为一种非常有历史的无机非金属材料，历来被各个领域的学者们研究的很多，但是由于传统陶瓷的生产加工工艺限制，使得陶瓷材料的应用比较有限。因为很多复杂的立体空间结构没有办法实现，而且做出来的陶瓷物件性能无法达到高性能的要求。随着3D打印技术的发展，研究人员开始尝试将陶瓷材料用于3D打印成型技术。这两者如果能完美的结合起来，陶瓷材料这个传统的行业可能会变成一个高端的前沿探索领域。目前，我国市面还没有成熟的工业级的3D陶瓷打印设备。现有开发了一些采用SLA技术成型的设备，材料选择陶瓷粉料和单体的混合物。在SLA设备上机打印成型后，结合光固化的原理，使用光敏树脂作为粘结剂，将陶瓷粉体粘接在一起，采用光照射固化，从而做成各种形状的生坯。后期对生坯进行热处理将树脂烧掉，得到最终的陶瓷物件。现在市面上已有的陶瓷材料，以Al2O3材料为例，配出的浆料大多稳定性较差，放置一天后就会出现分层现象。而且，这些陶瓷材料成型的生坯物件，在经过脱脂烧结形成成品陶瓷件后，尺寸精度不好控制，变形量非常大(尺寸收缩在30％以上)，只有通过后期机加工的方式才能达到规定的尺寸精度要求，这样导致加工耗时耗力。此外，成品陶瓷件的相对密度一般在90％以下，抗弯强度300MPa左右，达不到一些特种陶瓷的性能要求。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种用于光固化3D打印的陶瓷材料及其制备方法，制得的陶瓷材料稳定性好，且制成的陶瓷件尺寸收缩小，密度和抗弯强度也均较高。本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种用于光固化3D打印的陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：S0，称取一定量的平均粒径在1～10μm的陶瓷粉体、粘度在100cps以下的有机单体以及含酸性基团的共聚物分散剂，所述分散剂分为两份，第一份的质量为所述陶瓷粉体质量的0.4～0.8％，第二份的质量为所述陶瓷粉体质量的0.8～1.2％；S1，将所述陶瓷粉体和有机溶剂按照体积比为1∶1～1∶2倒入球磨罐中，加入所述第一份的分散剂，充分球磨后，过滤干燥，得到预分散处理的粉体；S2，将所述有机单体倒入容器中，机械搅拌，加入自由基型的光引发剂、增稠剂和所述第二份的分散剂，搅拌溶解，得到混合溶液；其中，所述光引发剂的质量为所述有机单体质量的0.5％～1％，所述增稠剂的质量为所述陶瓷粉体质量的1.2％～1.6％；S3，分多次将步骤S1得到的粉体加入到步骤S2得到的混合溶液中制成混合浆料，搅拌均匀后转到球磨罐中，充分球磨后制得陶瓷材料；其中，所述陶瓷粉体占所述混合浆料的体积比为70％～75％；所述有机单体占所述混合浆料的体积比为24.5～29.5％。一种根据如上所述的制备方法制得的陶瓷材料。一种陶瓷件的制备方法，其特征在于；根据如上所述的制备方法制备陶瓷材料；将制得的陶瓷材料用于光固化3D打印设备上进行打印加工，待打印加工完成之后，将得到的生坯进行脱脂烧结，制得陶瓷件。一种根据如上所述的制备方法制得的陶瓷件。本专利技术与现有技术对比的有益效果是：本专利技术的陶瓷材料的制备方法中，先通过第一量的分散剂和有机溶剂对陶瓷粉体进行预分散处理过程，另外由单体和添加剂等配制成混合溶液后，将预分散的粉体加入到混合溶液中得到混合浆料。先预分散可确保较高含量的陶瓷粉体在后续的分散效果。混合溶液配制时，单体和添加剂的粘度都较小，且比例合适，因此在将粉体和混合溶液混合制浆的过程中不需要再添加低粘度的有机溶剂来调节材料的整体粘度，降低了配方中有机物含量。而且配比中，有机单体的含量相对较少(为24.5％～29.5％)，从而后续光固化形成的有机物的量也少。总体上，本专利技术制得的陶瓷浆料的固含量较高，有机物少，且在固含量很高的情况下仍保持一个合适的粘度，这样，既能确保打印要求，同时最终打印形成生坯中有机物较少，从而烧结后制得的成品陶瓷件的收缩也较小(尺寸收缩在20％-30％)，精度能够控制在较小的范围。固含量高，从而制得的成品陶瓷件相对密度较高(在97％以上)，抗弯强度也高(可达到380MPa)，可以满足高性能陶瓷件要求的指标。【附图说明】图1是本专利技术具体实施方式的陶瓷材料的制备流程图。【具体实施方式】下面结合具体实施方式并对照附图对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术的构思是：在光固化3D打印的整个工艺流程中，所用材料的性质非常重要，决定了打印工艺的选择、参数设置以及最终陶瓷件的物理化学性质。就现有的情况来看，在材料的配制上主要存在如下两个难题：首先，所用材料性质要均匀且稳定。即陶瓷粉料在浆料中分布均匀的同时，还要在很长一段时间内不能沉降分层。其次，粘度要合适。因为采用的是SLA打印工艺，材料的粘度对物件的打印成型有很大的影响。所以，材料的配制过程是整个流程中，非常重要的一部分，往往也直接决定了成型陶瓷件的性能优良与否。现在市面上已有的配方，以Al2O3材料为例，配出的浆料大多稳定性较差。这是因为现有的成型方式下，一般需要材料本身粘度越小越利于成型，所以现有的配方一般是通过添加大量有机溶剂来调节浆料的粘度，使其粘度降低。但是添加太多有机溶剂又会造成后续一系列的问题，比如材料稳定性较差。有些配制的材料放置一天之后就已经可以看到明显的分层现象，所以很多材料在使用之前，需要重新球磨分散之后才能使用。另外，由于要求材料的粘度低，配制的浆料中固含量不高。材料成型的生坯物件，在经过脱脂烧结之后，尺寸精度不好控制，变形量大(尺寸收缩在30％以上)。同时，成品陶瓷件相对密度一般在90％以下，抗弯强度300MPa左右，达不到一些特种陶瓷的性能要求。在本专利技术中，研究浆料对成品陶瓷件性能的影响得到，成品陶瓷件之所以发生尺寸收缩主要是因为，有机物在热处理的过程中，被高温蒸发或裂解除去，少了这一部分有机物。另外一个对尺寸收缩相对影响较小的原因是高温热处理过程中，有机物烧完之后的陶瓷粉体晶体颗粒的键联，生长，空隙的收缩填充等原因。同时，成品陶瓷件的相对密度也主要由固含量决定。固含量高，经过热处理之后，体积收缩小，晶体颗粒生长得越密实，粒子之间的空隙就越小，成品陶瓷件本身的密度就越高，相对密度也就越高。研究光固化3D打印的成型原理得到，所用材料的固含量越高，则最终制得的成型陶瓷件的尺寸收缩小，密度高。调查现有传统陶瓷成型技术中，凝胶注模所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于光固化3D打印的陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S0，称取一定量的平均粒径在1～10μm的陶瓷粉体、粘度在100cps以下的有机单体以及含酸性基团的共聚物分散剂，所述分散剂分为两份，第一份的质量为所述陶瓷粉体质量的0.4～0.8％，第二份的质量为所述陶瓷粉体质量的0.8～1.2％；S1，将所述陶瓷粉体和有机溶剂按照体积比为1∶1～1∶2倒入球磨罐中，加入所述第一份的分散剂，充分球磨后，过滤干燥，得到预分散处理的粉体；S2，将所述有机单体倒入容器中，机械搅拌，加入自由基型的光引发剂、增稠剂和所述第二份的分散剂，搅拌溶解，得到混合溶液；其中，所述光引发剂的质量为所述有机单体质量的0.5％～1％，所述增稠剂的质量为所述陶瓷粉体质量的1.2％～1.6％；S3，分多次将步骤S1得到的粉体加入到步骤S2得到的混合溶液中制成混合浆料，搅拌均匀后转到球磨罐中，充分球磨后制得陶瓷材料；其中，所述陶瓷粉体占所述混合浆料的体积比为70％～75％；所述有机单体占所述混合浆料的体积比为24.5～29.5％。

【技术特征摘要】
1.一种用于光固化3D打印的陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S0，称取一定量的平均粒径在1～10μm的陶瓷粉体、粘度在100cps以下的有机单体以及含酸性基团的共聚物分散剂，所述分散剂分为两份，第一份的质量为所述陶瓷粉体质量的0.4～0.8％，第二份的质量为所述陶瓷粉体质量的0.8～1.2％；S1，将所述陶瓷粉体和有机溶剂按照体积比为1∶1～1∶2倒入球磨罐中，加入所述第一份的分散剂，充分球磨后，过滤干燥，得到预分散处理的粉体；S2，将所述有机单体倒入容器中，机械搅拌，加入自由基型的光引发剂、增稠剂和所述第二份的分散剂，搅拌溶解，得到混合溶液；其中，所述光引发剂的质量为所述有机单体质量的0.5％～1％，所述增稠剂的质量为所述陶瓷粉体质量的1.2％～1.6％；S3，分多次将步骤S1得到的粉体加入到步骤S2得到的混合溶液中制成混合浆料，搅拌均匀后转到球磨罐中，充分球磨后制得陶瓷材料；其中，所述陶瓷粉体占所述混合浆料的体积比为70％～75％；所述有机单体占所述混合浆料的体积比为24.5～29.5％。2.根据权利要求1所述的用于光固化3D打印的陶瓷材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述陶瓷粉体和有机溶剂按照体积比为1∶1...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖坦，蔡志祥，邹倩，张跃，陆青，肖华军，
申请(专利权)人：深圳光韵达光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44