一种用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体的制备方法技术

本发明专利技术公开了种用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，采用钛酸酯偶联剂‑201对碳化钛粉体和烧结助剂粉体进行表面处理，得到预处理碳化钛粉体；采用卡波姆和丙烯酸铵配制凝胶溶液；然后，在反应器中，按质量百分比加入，预处理碳化钛粉体：35%~40%，凝胶溶液：60%~65%，各组分之和为百分之百，强力搅拌40~60min，喷雾干燥，得到用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体，其粒径在80~120µm范围内。该材料在三维印刷3D打印机上可直接成型，球形度高，流动性好，成型精度高，而且具有制备工艺简单，条件易于控制，生产成本低，易于工业化生产。

Preparation method of titanium carbide ceramic powder for 3DP molding process

The invention discloses a preparation method for the 3DP forming process of titanium carbide ceramic powder, which is characterized in that the titanium carbide powder and the sintering additive powder are treated by the titanate coupling agent 201, and the pretreated titanium carbide powder is obtained, and the gel solution is mixed with carbomer and ammonium acrylate; and then, in the reactor, the gel solution is prepared. According to the mass percentage added, the titanium carbide powder was pretreated: 35%~40%, gel solution: 60%~65%, the sum of each component was one hundred percent, strong stirring 40~60min, spray drying, to get the titanium carbide powder used in 3DP molding process, and its particle size was within the range of 80~120 m. The material can be directly formed on the 3D printing 3D printer, with high sphericity, good fluidity, high molding precision, simple preparation process, easy to control conditions, low production cost and easy industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体的制备方法
本专利技术涉及一种用于三维印刷（3DP）工艺快速成型粉体材料的制备方法，属于快速成型的材料领域，特别涉及一种用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体的制备方法及应用。
技术介绍
三维印刷（3DP）工艺，就是今天的3D打印，是美国麻省理工学院EmanualSachs等人研制的。E.M.Sachs于1989年申请了3DP（Three-DimensionalPrinting）专利，该专利是非成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一。3DP工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂（如硅胶）将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接剂粘接的零件强度较低，还须后处理。具体工艺过程如下：上一层粘结完毕后，成型缸下降一个距离（等于层厚：0.013～0.1mm）,供粉缸上升一高度，推出若干粉末，并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实。喷头在计算机控制下，按下一建造截面的成形数据有选择地喷射粘结剂建造层面。铺粉辊铺粉时多余的粉末被集粉装置收集。如此周而复始地送粉、铺粉和喷射粘结剂，最终完成一个三维粉体的粘结。未被喷射粘结剂的地方为干粉，在成形过程中起支撑作用，且成形结束后，比较容易去除。但这种成型工艺也有一定的局限性，胶粘剂的用量大，不好控制，胶粘剂容易堵塞喷头。碳化钛陶瓷，TiC是具有金属光泽的铁灰色晶体,属于NaCl型简单立方结构,晶格常数为0.4329nm,空间群为Fm3m,在晶格位置上碳原子与钛原子是等价的,TiC原子间以很强的共价键结合，碳化钛是典型的过渡金属碳化物。它的键型是由离子键、共价键和金属键混合在同一晶体结构中，晶体的结构决定了碳化钛具有高硬度，硬度仅次于金刚石，化学系稳定好陶瓷品种，熔点高，导热性和导电性能好，不水解，高温抗氧化性好，在常温下不与酸起反应，但在硝酸和氢氟酸的混合酸中能溶解，于1000℃在氮气气氛中形成氮化物。碳化钛陶瓷硬度大，是硬质合金生产的重要原料，并具有良好的力学性能，可用于制造耐磨材料、切削刀具材料、机械零件等，还可制作熔炼锡、铅、镉、锌等金属的坩埚。另外，透明碳化钛陶瓷又是良好的光学材料。在温度极低时甚至表现出超导性。因此,TiC被广泛用于制造金属陶瓷，耐热合金、硬质合金、抗磨材料、高温辐射材料以及其它高温真空器件,用其制备的复相材料在机械加工、冶金矿产、航天和聚变堆等领域有着广泛的应用。碳化钛陶瓷是钛、锆、铬过渡金属碳化物中发展最广的材料。卡波姆（英文名：Carbomer）为白色疏松状粉末；有特征性微臭；有引湿性，是药用辅料。卡波姆为丙烯酸键合烯丙基蔗糖或季戊四醇烯丙醚的高分子聚合物。按干燥品计算，含羧酸基（—COOH）应为56.0%～68.0%。卡波姆940：短流变性、高粘度、高清澈度，低耐离子性及耐剪切性，适用于凝胶及膏霜中。卡波姆941：长流变性、低粘度、高清澈度，中等耐离子性及耐剪切，适用于凝胶及乳液。卡波姆934：交联聚丙烯酸树脂，局部给药系统，在高粘度时稳定，用于浓凝胶剂、乳剂、混悬剂。卡波姆无毒性，广泛应用到化妆品、药物辅料中。本专利技术采用钛酸酯偶联剂-201改性碳化钛粉体，既能提高固体含量，又能降低浆料的粘度，改善表面洁度。采用卡波姆作为凝胶胶粘剂，加入水杨酸铵为分散剂，制备用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体，成型过程中不需要喷洒胶粘剂，只需要喷洒少量的交联剂溶剂即可，避免胶粘剂堵塞打印机的喷嘴，优点是胶粘剂用量大大减少，在后续煅烧过程中减少环境污染，产品的品质高。本申请的工艺制备的粉体材料粒径均匀，球形度高，流动性好，适合3DP工艺3D打印成型。此外，本专利提供的方法简单，成本低。
技术实现思路
本专利技术的目的通过以下技术方案实现。一种用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，该方法具有以下工艺步骤：（1）碳化钛粉体预处理：在球磨机中，按质量百分比加入，碳化钛粉体：88%~92%，烧结助剂：5%~10%，钛酸酯偶联剂-201：1%~4%，各组分之和为百分之百，开启球磨机，室温，研磨4-6h，干燥，得到预处理碳化钛粉体；（2）凝胶溶液配制：在反应器中，按质量百分浓度加入，去离子水：92%~96%，卡波姆：0.5%~2.5%，丙烯酸铵：2%~6%，各组分之和为百分之百，搅拌溶解，得到凝胶溶液；（3）用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体制备：在反应器中，按质量百分比加入，预处理碳化钛粉体：35%~40%，凝胶溶液：60%~65%，各组分之和为百分之百，强力搅拌40~60min，喷雾干燥，得到用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体，其粒径在80~120µm范围内。在步骤（1）中所述的碳化钛粉体、烧结助剂粉体的粒径为纳米级粉体。在步骤（1）中所述的烧结助剂为碳化钽或碳化铌中一种或两种混合。所述用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体在3D打印机打印成型时，打印机喷头喷洒质量百分浓度为5%的三乙醇胺溶液或1%的氢氧化钠溶液。在步骤（3）中所述的喷雾干燥，进风口温度控制在950℃，出风口温度控制在85℃，进风流量250m3/h。本专利技术的另一目的是提供一种用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体在3D打印机上成型的应用，特点为：将用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体加入到供粉缸中，打印喷头喷洒打印机喷头喷洒质量百分浓度为5%的三乙醇胺溶液或1%的氢氧化钠溶液。具体工艺过程如下：上一层粘结完毕后，成型缸下降一个距离（等于层厚：0.013～0.1mm）,供粉缸上升一高度，推出若干粉末，并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实。喷头在计算机控制下，按下一建造截面的成形数据有选择地喷洒质量百分浓度为5%的三乙醇胺溶液或1%的氢氧化钠溶液，铺粉辊铺粉时多余的粉末被集粉装置收集。如此周而复始地送粉、铺粉和喷洒质量百分浓度为5%的三乙醇胺溶液或1%的氢氧化钠溶液，最终完成一个三维粉体的粘结。未被喷溶液的地方为干粉，在成形过程中起支撑作用，且成形结束后，比较容易去除。本专利技术与现有技术比较，具有如下优点及有益效果：（1）本专利技术获得的用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体，不需要喷洒粘结剂，喷头喷洒极低粘度的5%的三乙醇胺溶液或1%的氢氧化钠溶液可直接成型，避免打印喷头堵塞，使胶粘剂用量大大降低，在煅烧时减少环境污染，提高产品的品质高。（2）本专利技术获得的本专利技术获得的用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体，颗粒的粒径均匀，球形度高，流动性好，适合3DP工艺3D打印成型；由这种快速成型粉末材料可以制造薄壁模型或微小零部件，制造出产品具有表面光泽度高，精度高等特点。（3）本专利技术获得的本专利技术获得的用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体，具有制备工艺简单，条件易于控制，生产成本低，易于工业化生产，又具有低碳环保和节约能源等优势。（4）本专利技术是通过钛酸酯偶联剂-201改性碳化钛陶瓷粉体，改善粉体表面性质提高粉体在液相的分散能力，又能降低浆料的粘度，改善表面洁度。具体实施方式实施例1（1）碳化钛粉体预处理：在球磨机中，分别加入，碳化钛粉体：9000g，碳化钽：800g，钛酸酯偶联剂-201：200g，开启球磨机，室温，研磨5h，干燥，得到预处理碳化钛粉体；（2）凝胶溶液配制：在反应器中，分别加入，去离子水：9500mL，卡波姆：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，该方法具有以下工艺步骤：（1）碳化钛粉体预处理：在球磨机中，按质量百分比加入，碳化钛粉体：88%~92%，烧结助剂：5%~10%，钛酸酯偶联剂‑201：1%~4%，各组分之和为百分之百，开启球磨机，室温，研磨4‑6h，干燥，得到预处理碳化钛粉体；（2）凝胶溶液配制：在反应器中，按质量百分浓度加入，去离子水：92%~96%，卡波姆：0.5%~2.5%，丙烯酸铵：2%~6%，各组分之和为百分之百，搅拌溶解，得到凝胶溶液；（3）用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体制备：在反应器中，按质量百分比加入，预处理碳化钛粉体：35%~40%，凝胶溶液：60%~65%，各组分之和为百分之百，强力搅拌40~60min，喷雾干燥，得到用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体，其粒径在80~120µm范围内。

【技术特征摘要】
1.一种用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，该方法具有以下工艺步骤：（1）碳化钛粉体预处理：在球磨机中，按质量百分比加入，碳化钛粉体：88%~92%，烧结助剂：5%~10%，钛酸酯偶联剂-201：1%~4%，各组分之和为百分之百，开启球磨机，室温，研磨4-6h，干燥，得到预处理碳化钛粉体；（2）凝胶溶液配制：在反应器中，按质量百分浓度加入，去离子水：92%~96%，卡波姆：0.5%~2.5%，丙烯酸铵：2%~6%，各组分之和为百分之百，搅拌溶解，得到凝胶溶液；（3）用于3DP成型工艺碳化钛陶瓷粉体制备：在反应器中，按质量百分比加入，预处理碳化钛粉体：35%~40%，凝胶溶液：60%~65%，各组分之和为百分...

【专利技术属性】
技术研发人员：李慧芝，许崇娟，戚玉华，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37