一种高流动性的陶瓷浆料及3D打印制备陶瓷坯胎的方法技术

本发明专利技术涉及陶瓷3D打印技术领域，具体涉及一种高流动性的陶瓷浆料及3D打印制备陶瓷坯胎的方法，陶瓷浆料包括纳米陶瓷粉末、粘结剂、光固化剂、光引发剂、分散剂、多粒径粒子和溶剂，其中纳米陶瓷粉末为钠长石粉、高岭土粉、氧化铝粉和氧化锆粉按质量比35～40:11～16:19～23:15～17组成的混合物，粘结剂为浓度5wt%～7wt%的直链淀粉水溶液，多粒径粒子为MgSi粒子。采用两种光照强度的紫外光实现坯体完全固化，经700～800℃煅烧排出有机物，1110～1150℃使MgSi粒子充分熔融，升温至1500～1600℃煅烧，使聚硅氧烷分解生成SiC网络结构，并与熔融的MgSi相掺合，冷却后致密化坯胎内部，提高煅烧后的陶瓷坯胎的强度。

A High Fluidity Ceramic Slurry and a Method of Preparing Ceramic Slurry by 3D Printing

The invention relates to the technical field of ceramic 3D printing, in particular to a high fluidity ceramic slurry and a method for preparing ceramic body by 3D printing. The ceramic slurry includes nano-ceramic powder, binder, light curing agent, photoinitiator, dispersant, multi-particle size particle and solvent, in which nano-ceramic powder is albite powder, kaolin powder, alumina powder and zirconia powder with a mass ratio of 35. The binder is amylose aqueous solution with concentration of 5wt%~7wt% and the multi-particle size is MgSi. Two kinds of ultraviolet light intensity were used to solidify the green body completely, and the organic matter was discharged after calcination at 700-800 C. The MgSi particles were fully melted at 1110-1150 C, and then calcined at 1500-1600 C. The polysiloxane was decomposed into SiC network structure, which was mixed with the melted MgSi. After cooling, the green body was densified and the strength of the calcined ceramic green body was increased.

【技术实现步骤摘要】
一种高流动性的陶瓷浆料及3D打印制备陶瓷坯胎的方法
本专利技术涉及陶瓷3D打印
，具体涉及一种高流动性的陶瓷浆料及3D打印制备陶瓷坯胎的方法。
技术介绍
3D打印技术也称为增材制造技术或快速成型技术，基于三维数学模型数据，通过练习的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体。3D打印与传统的材料加工技术相比具有如下的优势：（1）借助建模软件将产品结构数字化，实现数字化制造；（2）原理上可以制造出任何复杂的结构，从根本上解决传统制造受制于模具的缺陷；（3）“从下而上”的推积方式有利于非均致材料、功能梯度器件的制造；（4）可以实现定制化制造。凭借上述优势，近年来3D打印技术快速发展，在产品原型、模具制造、珠宝制造、汽车、航天和医疗行业等领域得到广泛的应用，并具有巨大的发展潜力。陶瓷是人们日常生活和工业中中比较常见的物品，主要是以天然粘土以及各种天然矿物为主要原料经过粉碎混炼、成型和煅烧制得的材料的各种制品。陶瓷传统的生产工艺较为复杂，只能制备简单的三维陶瓷产品，并且能耗和资源消耗比较大，制作周期长。现有将3D打印技术应用于陶瓷制备的研究。3D打印陶瓷主要是将陶瓷粉末、粘结剂和添加剂按照一定比例混合制成陶瓷墨水，然后置于3D打印设备中打印成型，然后经高温煅烧等步骤制成陶瓷，具有高精度、高强度的特性。而应用于3D打印的陶瓷浆料或陶瓷墨水应该具有良好的流动性和低粘结性，以使浆料容易从3D打印设备中喷出。但是现有的陶瓷浆料添加有机树脂粘结剂，浆料的粘结性胶大，而流动性低，浆料容易堵塞喷嘴，同时浆料喷出后固化速度慢，陶瓷容易出现塌陷，有机粘结剂在后期陶瓷煅烧过程中分解挥发，造成陶瓷孔隙大，影响陶瓷的强度。中国专利CN20161097803，一种陶瓷基3D打印材料及其制备方法，申请日期2016年11月8日，公开了由改性纳米陶瓷粉末、有机硅油、聚丙烯酰胺、壳聚糖、石墨烯、纳米氧化铝、水杨酸酯类紫外线吸收剂、酚醛树脂、碳酸钙混合制备的3D打印陶瓷浆料，其中酚醛树脂为粘结剂，并在成型后经紫外线光固化，但是酚醛树脂粘性较高会影响陶瓷浆料的流动性，同时酚醛树脂在高温煅烧中会出下分解造成陶瓷内孔隙较大，影响陶瓷强度，陶瓷具有一定的厚度，陶瓷内部紫外线固化速度慢。
技术实现思路
针对陶瓷浆料的流动性低、粘性高而影响打印成型的问题，本专利技术的目的在于提供一种高流动性的陶瓷浆料，陶瓷浆料的粘性低，流动性好，同时打印成型后的固化速度快，经高温煅烧后的陶瓷的结构比较致密，陶瓷强度高。本专利技术的另一目的在于提供由上述高流动性的陶瓷浆料3D打印制备陶瓷坯胎的方法。本专利技术提供如下的技术方案：一种高流动性的陶瓷浆料，包括以下重量份组份：纳米陶瓷粉末60～80份、粘结剂1.8～2.6份、光固化剂3～5份、光引发剂0.03～0.08份、分散剂0.3～0.6份、多粒径粒子8～12份和溶剂100份，其中纳米陶瓷粉末为钠长石粉、高岭土粉、氧化铝粉和氧化锆粉按质量比35～40:11～16:19～23:15～17组成的混合物，粘结剂为浓度5wt%～7wt%的直链淀粉水溶液。作为本专利技术的一种改进，溶剂为80wt%～90wt%的乙醚水溶液、丙酮水溶液、乙醇水溶液和二甲基甲酰胺水溶液中的一种。作为本专利技术的一种改进，光固化剂为侧链上引入光引发基团改性的聚硅氧烷，光引发基团为乙烯醚基、烯丙基、氰基、氟烷基和苯乙烯基中的一种或多种。作为本专利技术的一种改进，聚硅氧烷为硅氧烷磷酸酯、环甲基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷中的一种。作为本专利技术的一种改进，光引发剂为二芳基碘鎓盐、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、4,4'-双(二乙氨基)苯甲酮和2-异丙基硫杂蒽酮中的至少两种。作为本专利技术的一种改进，多粒径粒子为MgSi粒子，多粒径粒子的粒径分别为30～40µm、60～80µm、100～120µm、140～160µm和200～220µm，各粒径范围的粒子质量比依次为1:0.8～1.0:0.6～0.8:0.4～0.6:0.2～0.3。作为本专利技术的一种改进，多粒径粒子经以下过程处理后使用：将纳米钛白粉、阴离子表面活性剂、消泡剂和水混合均匀，再分散加入多粒径粒子，超声分散后喷雾干燥，多粒径粒子、纳米钛白粉、阴离子表面活性剂、消泡剂和水质量比依次为1:2～3:0.1～0.3:0.1～0.2:10。作为本专利技术的一种改进，分散剂为焦磷酸钠、磷酸三钠、六偏磷酸钠、山梨醇烷基化物和十二烷基硫酸钠中的至少两种。本专利技术的陶瓷浆料由纳米陶瓷粉末、粘结剂、光固化剂、光引发剂、分散剂、多粒径粒子和溶剂组成，将陶瓷浆料打印成型后在紫外光照射下光固化剂固化。粘结剂为浓度5wt%～7wt%的直链淀粉水溶液，具有较高的流动性，取代现有技术中的有机树脂，可以极大的提高陶瓷浆料的流动性，降低陶瓷浆料的粘性。而且直链淀粉经高温烧结后会发生炭化，在陶瓷内部产生的孔隙小。纳米陶瓷粉末中的氧化锆和氧化铝可以提供陶瓷较高的强度。选用侧链引入光引发基团的聚硅氧烷作为光固化剂，在光引发剂作用下固化速度快，陶瓷坯体固化成型效果好，同时聚硅氧烷在坯体高温烧结过程中裂解形成SiC网络结构，极大的增强陶瓷的强度。而且选用的硅氧烷磷酸酯、环甲基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷具有良好的表面润滑效果，可以进一步增强陶瓷浆料的流动性。在陶瓷浆料中设置多粒径范围的MgSi粒子，这些不同粒径的MgSi粒子可以增加成型过程中的陶瓷坯体内的孔隙，使陶瓷坯体从表面向内部形成连续的紫外光通道，加快陶瓷坯体内部的固化速度，同时这些MgSi粒子经阴离子表面活性剂、纳米钛白粉浸渍处理后表面润滑性和白度得到改善，一方面提高陶瓷浆料的流动性，另一方面可以增加陶瓷坯体内部的紫外光漫散射效果，加快内部固化。MgSi粒子在高温烧结温度达到1100℃左右时发生熔化，重新填充颗粒之间的间隙，并与聚硅氧烷形成的SiC网络结构相掺合，冷却后使陶瓷坯体内部致密化，增强陶瓷的强度。选用的溶剂为高浓度的乙醚水溶液、丙酮水溶液、乙醇水溶液或二甲基甲酰胺水溶液，挥发速度快，在陶瓷坯体的光固化过程中迅速蒸发，加速固化进程。而且选用至少两种光引发剂和分散剂混合添加到陶瓷浆料中，复合的光引发剂吸收的波长范围广，引发固化的速度快，添加复合的分散剂的陶瓷浆料的分散性好，体系较为均匀。本专利技术的陶瓷浆料具有较高的流动性和较小的粘结性，同时得到的陶瓷坯体的成型固化速度快，而且经高温烧结后的陶瓷的结构致密，陶瓷强度高。上述高流动性的陶瓷浆料3D打印制备陶瓷坯胎的方法，包括以下步骤：（1）搅拌条件下向溶剂中加入陶瓷粉末、光固化剂、光引发剂、多粒径粒子和分散剂后搅拌均匀，再加入粘结剂搅拌得到均匀的陶瓷浆料；（2）将陶瓷浆料经3D打印机喷出浆料成型得到坯体，打印过程中施加波长320～400nm的紫外光照射，光照强度为8～10mw/cm2，保持打印环境35～40℃；（3）成型的坯体在320～400nm紫外光中旋转照射10～12s，光照强度15～20mw/cm2；（4）将坯体放入烧结炉中，氮气氛围下700～800℃煅烧6～12h，然后5℃/min速率升温至1110～1150℃煅烧3～4h，再1℃/min升温至1500～1600℃煅烧20～24h后冷却得陶瓷坯胎。本专利技术方法采用两种光照强度的紫外光在成型过程中和成型后分别照射坯体，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高流动性的陶瓷浆料，其特征在于，陶瓷浆料包括以下重量份的组份：纳米陶瓷粉末60～80份、粘结剂1.8～2.6份、光固化剂3～5份、光引发剂0.03～0.08份、分散剂0.3～0.6份、多粒径粒子8～12份和溶剂100份，其中纳米陶瓷粉末为纳米级的钠长石粉、高岭土粉、氧化铝粉和氧化锆粉按质量比35～40:11～16:19～23:15～17组成的混合物，粘结剂为浓度5wt%～7wt%的直链淀粉水溶液。

【技术特征摘要】
1.一种高流动性的陶瓷浆料，其特征在于，陶瓷浆料包括以下重量份的组份：纳米陶瓷粉末60～80份、粘结剂1.8～2.6份、光固化剂3～5份、光引发剂0.03～0.08份、分散剂0.3～0.6份、多粒径粒子8～12份和溶剂100份，其中纳米陶瓷粉末为纳米级的钠长石粉、高岭土粉、氧化铝粉和氧化锆粉按质量比35～40:11～16:19～23:15～17组成的混合物，粘结剂为浓度5wt%～7wt%的直链淀粉水溶液。2.根据权利要求1所述的陶瓷浆料，其特征在于，溶剂为80wt%～90wt%的乙醚水溶液、丙酮水溶液、乙醇水溶液和二甲基甲酰胺水溶液中的一种。3.根据权利要求1或2所述的陶瓷浆料，其特征在于，光固化剂为侧链上引入光引发基团改性的聚硅氧烷，光引发基团为乙烯醚基、烯丙基、氰基、氟烷基和苯乙烯基中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的陶瓷浆料，其特征在于，聚硅氧烷为硅氧烷磷酸酯、环甲基硅氧烷和聚甲基苯基硅氧烷中的一种。5.根据权利要求1或2所述的陶瓷浆料，其特征在于，光引发剂为二芳基碘鎓盐、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、4,4'-双(二乙氨基)苯甲酮和2-异丙基硫杂蒽酮中的至少两种。6.根据权利要求1或2所述的陶瓷浆料，其特征在于，多粒径粒子为MgSi粒子，多粒径粒子的粒径分别为30～40µm、60～80µm、100～120µm、140～160µm和200～220µm...

【专利技术属性】
技术研发人员：李博，王欣雨，
申请(专利权)人：杭州创屹机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33