一种轻质多孔莫来石陶瓷及其直写3D打印制备方法技术

本发明专利技术属于无机非金属陶瓷制备相关技术领域，其公开了一种轻质多孔莫来石陶瓷及其直写3D打印制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将高岭土粉末及造孔剂粉末混合搅拌以得到混合均匀的混合粉体，再将增塑剂和溶剂加入所述混合粉体中并进行搅拌以得到陶瓷膏料，进而对所述陶瓷膏料进行除气；(2)以所述陶瓷膏料为原料，采用直写3D打印机打印多孔陶瓷坯体(3)将所述多孔陶瓷坯体进行干燥及烧结以得到具有具体形状结构的轻质多孔莫来石陶瓷。本发明专利技术成本较低，成形速度较快，制备工艺简单，有利于解决废弃煤系高岭土的再利用问题，在化工等领域具有较好的应用前景。

A kind of lightweight porous mullite ceramics and its direct writing 3D printing preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种轻质多孔莫来石陶瓷及其直写3D打印制备方法
本专利技术属于无机非金属陶瓷制备相关
，更具体地，涉及一种轻质多孔莫来石陶瓷及其直写3D打印制备方法。
技术介绍
煤系高岭土又名煤矸石，是煤炭开采的副产物，随着煤矿产业的高速发展，煤系高岭土废弃物堆积已经成为严重的环境问题。高岭土大量堆积会侵占农业工业用地，还会产生粉尘和有害气体，污染空气和水资源，严重危害人体健康；高岭土分解出的金属离子和可溶性盐还会导致土壤酸化和地下水污染。但目前煤系高岭土的再利用率低下且再利用经济效益差，因此合理利用废弃煤系高岭土已经成为工业方面较为迫切的需求。高岭土属于铝硅酸盐的一种，主要化学成分为Al2O3和SiO2，可用于制备拥有高耐火性、抗压能力强和高化学稳定性的莫来石陶瓷。多孔莫来石陶瓷又因为其较高的比表面积、高耐腐蚀性、低热膨胀系数等优点，可以被用于催化、过滤、隔热等领域。高岭土粉体可作为一种重要的莫来石陶瓷的原料，并结合合适的成形工艺制备复杂结构的多孔莫来石陶瓷，将有利于解决煤系高岭土的处理问题，减少其对环境的污染，并提高煤系高岭土的再加工附加值，为工业生产应用提供需求。目前，采用传统方法制备多孔莫来石陶瓷还存在一些问题，如传统工艺难以成形复杂结构，难以实现宏观微观结构的协同调控等。相应地，本领域存在着发展一种适用性较好的轻质多孔莫来石陶瓷及其直写3D打印制备方法的技术需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种轻质多孔莫来石陶瓷及其直写3D打印制备方法，其基于现有莫来石陶瓷的制备特点，研究及设计了一种宏观微观结构可控的、低成本的轻质多孔莫来石陶瓷及其直写3D打印制备方法。所述方法采用高岭土作为材料，并采用直写成形技术，具有耗材成本、生产成本相对于其他打印方式低、成形速度快、制备工艺简单等优点，有利于解决废弃煤系高岭土的再利用问题，在化工等领域有较好的应用前景。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种轻质多孔莫来石陶瓷的直写3D打印制备方法，所述直写3D打印制备方法主要包括以下步骤：(1)将高岭土粉末及造孔剂粉末混合搅拌以得到混合均匀的混合粉体，再将增塑剂和溶剂加入所述混合粉体中并进行搅拌以得到陶瓷膏料，进而对所述陶瓷膏料进行除气；(2)以所述陶瓷膏料为原料，采用直写3D打印机打印多孔陶瓷坯体；(3)将所述多孔陶瓷坯体进行干燥及烧结以得到具有具体形状结构的轻质多孔莫来石陶瓷。进一步地，所述造孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、碳酸钙及硫酸钙中的一种或多种。进一步地，所述增塑剂为膨润土、纤维素、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、高分子量聚乙二醇、聚丙烯酰胺及山梨醇中的一种或多种。进一步地，所述高岭土粉末的质量占所述多孔陶瓷坯体的质量百分比为30％～50％；所述造孔剂的质量占所述多孔陶瓷坯体的质量百分比为30％～50％；所述增塑剂的质量占所述多孔陶瓷坯体的质量百分比为1％～2％。进一步地，步骤(3)中采用的烧结温度为1400℃～1600℃，保温时间为1h～2h；升温速率为5～10℃/min。进一步地，步骤(3)中采用的烧结温度为1400℃，保温时间为2h，升温速率为5℃/min。进一步地，所述溶剂为水、甘油、低分子量聚乙二醇及液体石蜡中的至少一种。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种轻质多孔莫来石陶瓷，所述轻质多孔莫来石陶瓷是采用如上所述的轻质多孔莫来石陶瓷的直写3D打印制备方法制备而成的。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的轻质多孔莫来石陶瓷及其直写3D打印制备方法主要具有以下有益效果：1.所述制备方法通过采用高岭土作为材料，并采用直写成形技术，具有耗材成本低、生产成本相对于其他打印方式低、成形速度快、制备工艺简单等优点，将有利于解决废弃煤系高岭土的再利用问题，在化工等领域有较好的应用前景。2.所述制备方法通过调节原料中的高岭土和造孔剂等质量配比并结合直写3D打印来实现多孔莫来石陶瓷微观宏观孔道结构的协同调控。3.在制备过程中加入的有机物在热解时产生的气体易从多孔结构中排出，可以保证制备的样品不会出现变形和开裂，因此本专利技术不需要设置排胶工序，可以有效缩短制备周期，简化制备工艺，降低制备成本。4.本专利技术采用工业废弃物煤系高岭土作为原料，来源广泛，且采用的制备方法为直写3D打印，所用打印设备简单，降低了成本，简单易实施，适用于大规模生产。附图说明图1是本专利技术提供的轻质多孔莫来石陶瓷的直写3D打印制备方法的流程示意图；图2是采用图1中的轻质多孔莫来石陶瓷的直写3D打印制备方法制备而成的轻质多孔莫来石陶瓷的微观形貌图，其中(a)图及(b)图分别为所述轻质多孔莫来石陶瓷的低倍微观形貌图及高倍微观形貌图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。请参阅图1及图2，本专利技术提供的轻质多孔莫来石陶瓷的直写3D打印制备方法，所述直写3D打印制备方法主要包括以下步骤：步骤一，将高岭土粉末及造孔剂粉末混合搅拌以得到混合均匀的混合粉体，再将增塑剂和溶剂加入所述混合粉体中并进行搅拌以得到陶瓷膏料，进而对所述陶瓷膏料进行除气。具体地，将所述高岭土粉末及所述造孔剂粉末混合搅拌，以使所述高岭土粉末及所述造孔剂粉末混合均匀得到混合粉体。接着，将增塑剂及溶剂加入到所述混合粉体中并进行搅拌，以使所述增塑剂及所述溶剂均匀分布到所述混合粉体中，由此制备成高塑性的陶瓷膏料。之后，将配置好的陶瓷膏料放入离心机内进行除气，可以结合真空或者半真空除气后得到打印用的陶瓷膏料。本实施方式中，所述造孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、碳酸钙及硫酸钙中的一种或多种；所述增塑剂为膨润土、纤维素、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、高分子量聚乙二醇、聚丙烯酰胺及山梨醇中的一种或多种；所述溶剂为水、甘油、低分子量聚乙二醇及液体石蜡中的至少一种。步骤二，以所述陶瓷膏料为原料，采用直写3D打印机打印多孔陶瓷坯体。本实施方式中，所述高岭土粉末的质量占所述多孔陶瓷坯体的质量百分比为30％～50％；所述造孔剂的质量占所述多孔陶瓷坯体的质量百分比为30％～50％；所述增塑剂的质量占所述多孔陶瓷坯体的质量百分比为1％～2％；其余为溶剂，以上组分的质量百分比之和为100％。步骤三，将所述多孔陶瓷坯体进行干燥及烧结以得到具有具体形状结构的轻质多孔莫来石陶瓷。本实施方式中，采用的烧结温度为1400℃～1600℃，保温时间为1h～2h；升温速率为5～10℃/min。本专利技术还提供了一种轻质多孔莫来石陶瓷，所述轻质多孔莫来石陶瓷是采用如上所述的轻质多孔莫来石陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻质多孔莫来石陶瓷的直写3D打印制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n(1)将高岭土粉末及造孔剂粉末混合搅拌以得到混合均匀的混合粉体，再将增塑剂和溶剂加入所述混合粉体中并进行搅拌以得到陶瓷膏料，进而对所述陶瓷膏料进行除气；/n(2)以所述陶瓷膏料为原料，采用直写3D打印机打印多孔陶瓷坯体；/n(3)将所述多孔陶瓷坯体进行干燥及烧结以得到具有具体形状结构的轻质多孔莫来石陶瓷。/n

【技术特征摘要】
1.一种轻质多孔莫来石陶瓷的直写3D打印制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将高岭土粉末及造孔剂粉末混合搅拌以得到混合均匀的混合粉体，再将增塑剂和溶剂加入所述混合粉体中并进行搅拌以得到陶瓷膏料，进而对所述陶瓷膏料进行除气；
(2)以所述陶瓷膏料为原料，采用直写3D打印机打印多孔陶瓷坯体；
(3)将所述多孔陶瓷坯体进行干燥及烧结以得到具有具体形状结构的轻质多孔莫来石陶瓷。


2.如权利要求1所述的轻质多孔莫来石陶瓷的直写3D打印制备方法，其特征在于：所述造孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、碳酸钙及硫酸钙中的一种或多种。


3.如权利要求1所述的轻质多孔莫来石陶瓷的直写3D打印制备方法，其特征在于：所述增塑剂为膨润土、纤维素、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、高分子量聚乙二醇、聚丙烯酰胺及山梨醇中的一种或多种。


4.如权利要求1所述的轻质多孔莫来石陶瓷的直写3D打印制备方法，其特征在于：所述高岭土粉末...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴甲民，何逸宁，刘峻峰，陈双，史玉升，李晨辉，张矿，张红星，王永均，
申请(专利权)人：安徽金岩高岭土科技有限公司，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34