一种用于陶瓷粉末3DP成型的粘结剂及其制备方法技术

本申请公开了一种用于陶瓷粉末3DP成型的粘结剂，其特征在于，包括下述质量份的组分：基料90～100份、水性苯乙烯‑丙烯酸共聚树脂15～20份、表面活性剂0.1～1份，所述粘结剂的粘度2‑12mPa.s，表面张力30‑38mN/m。本技术方案通过将水溶性苯乙烯‑丙烯酸共聚树脂作为交联聚合物，有效解决了粘结剂与陶瓷粉末表面润湿性不好，导致坯体强度低，清粉处理困难，烧成的陶瓷制件致密度低，介电损耗大的问题。并且该粘结剂制备方法简单，使用方便，原料容易获得。

【技术实现步骤摘要】
一种用于陶瓷粉末3DP成型的粘结剂及其制备方法
本技术属于增材制造
，具体涉及一种用于陶瓷粉末3DP成型的粘结剂及其制备方法。
技术介绍
3DP技术可以实现复杂异形陶瓷部件低成本、快速制造，限制陶瓷3DP打印技术发展的是其粘接剂性能。目前，3DP成型工艺常采用的陶瓷粉末粘接方式为：先将陶瓷粉末与粘接剂溶液充分混合，形成陶瓷包覆粉末，再进行粘结剂喷射成型。这种方法成形质量好、可靠性好，但是成本高，需要根据陶瓷粉末的类型选择不同的粘接剂材料，且由于加入较大量的粘接剂成分，影响了陶瓷的致密度，使烧结后的强度大大降低。粘结剂的湿润性能决定了粘结剂流体在固体表面流动的状态，影响流体分子与粉体颗粒的接触面积，使得粘结剂在粉体颗粒表面的铺展程度不同，导致成型制品精度不高且力学性能较差等诸多问题。实验表明，粘结剂的表面张力和粘度是影响原料粉末和粘结剂润湿度和成件质量的重要因素。粘结剂的表面张力可以调整液滴与固体表面的接触角从而影响粘结剂的润湿性能。粘结剂的粘度过低和过高都会对产品后期成型过程产生不利的影响，粘度过高，喷头无法顺利喷射；粘度过低，则成型坯体的强度降低；因此粘结剂的质量决定了后期坯体成型的质量，寻找一种能使粘结剂粘度和表面张力保持在合适范围从而强化陶瓷粉末润湿性的粘结剂，成为3DP粘结剂的应用上亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术旨在提供一种与陶瓷粉体表面润湿性好，粘结剂添加量较少，粘结剂经过排胶处理后无残留，不影响陶瓷性能，提高陶瓷烧成致密度的3DP成型用粘结剂及其制备方法。使用水溶性苯乙烯-丙烯酸树脂作为粘结剂原料可有效提高原料粉末和粘结剂的润湿度。技术上通常用液滴在固体表面的接触角来表征其润湿性能。接触角的范围，则代表其湿润性能的好坏。为实现上述目的，本技术方案采用下述技术手段：用于陶瓷粉末3DP成型的粘结剂，其特征在于，包括下述质量份的组分：基料90～100份、水溶性苯乙烯-丙烯酸共聚树脂15～20份、表面活性剂0.1～1份；此组分中水性苯乙烯-丙烯酸共聚树脂的含量较低，一方面是较低的树脂含量即可实现粉体的粘接成型，少量的树脂含量使得排胶和烧成处理后不影响氮化硅陶瓷的介电性能，从而降低其介电损耗。进一步地，所述粘结剂的粘度2-12mPa.s，表面张力30-38mN/m。粘度控制在2-12mPa.s，可以保证从喷头中顺畅喷出而不易堵头。该范围的表面张力可以降低粘结剂与粉体的接触角至20-35°，有利于粘结剂在粉体表面的铺展与渗透。进一步地，所述基料为蒸馏水。蒸馏水易在高温下挥发，有利于降低排胶后的胶体残留，提高陶瓷材料的介电性能。进一步地，所述表面活性剂为十二烷基溴化铵、无水乙醇中的一种。表面活性剂可以调节粘结剂的表面张力在30-38mN/m。有利于提高粘结剂和陶瓷粉体的润湿性。进一步地，所述粘结剂使用温度为21-27℃。当温度小于21℃粘结剂从喷头中出墨不畅，大于27℃时粘结剂中的水分挥发太快，容易造成喷头堵塞。用于陶瓷粉末3DP成型的粘结剂的制备方法，包括以下步骤：S01、按照权利要求1所述的质量份数称取原料；S02、在称取蒸馏水中缓慢加入S01称取的质量份数的交联聚合物，搅拌至充分溶解。控制溶液粘度为2-12mPa.s；S03、最后加入S01称取的质量份数的表面活性剂，搅拌均匀并充分溶解，控制溶液表面张力为30-38mN/m。通过上述步骤控制粘结剂的粘度和表面张力在合适范围，从而强化粘结剂与陶瓷粉末的润湿性。用于陶瓷粉末3DP成型的粘结剂，应用于3DP成型工艺中陶瓷粉末的粘接，所述陶瓷粉末为氮化硅陶瓷粉末或氧化铝陶瓷粉末中的一种。本申请所述的粘结剂是在蒸馏水和水溶性苯乙烯-丙烯酸共聚树脂混合溶液中添加表面活性剂，调整溶液粘度和表面张力在合适范围，从而调节了溶液与陶瓷粉末的接触角，提高了与陶瓷粉体的润湿性。此外，水溶性苯乙烯-丙烯酸共聚树脂与表面活性剂的用量严格控制，粘结剂用量只占陶瓷粉质量分数的13-15％，可以保证粘结剂在粉层表面铺展、渗透的均匀性，提高打印质量，大大降低了使用成本。粘结剂以蒸馏水为主体溶液，能够解决因粘结剂粘度较大而堵塞喷头的问题；降低了排胶过程粘结剂的残留率，提升了陶瓷制件的介电性能，不影响陶瓷制件的使用性能，使得陶瓷制件烧成致密度达95-99％。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1实施例1获得的氮化硅陶瓷SEM照片具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。基于本专利技术的实施例，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。实施例1称取90份蒸馏水、缓慢加入15份水性苯乙烯-丙烯酸共聚树脂搅拌至充分溶解。最后加入1份表面活性剂(十二烷基溴化铵)，搅拌均匀并充分溶解，粘结剂粘度8.5mPa.s，表面张力32.24mN/m，粘结剂与氮化硅陶瓷粉的接触角为32.24°，使用温度21℃。采用3DP法三维打印技术，粘结剂用量15％，得到成型坯体强度5.0MPa，烧结致密度95％，氮化硅陶瓷介电损耗1.2×10-3。实施例2称取90份蒸馏水、缓慢加入15份水性苯乙烯-丙烯酸共聚树脂搅拌至充分溶解。最后加入0.3份表面活性剂(十二烷基溴化铵)，搅拌均匀并充分溶解，粘结剂粘度8.1mPa.s，表面张力40.3mN/m，粘结剂与氮化硅陶瓷粉的接触角为33.58°，使用温度27℃。采用3DP法三维打印技术，粘结剂用量18％，得到成型坯体强度5.2MPa，烧结致密度92％，氮化硅陶瓷介电损耗1.9×10-3。实施例3称取100份蒸馏水、缓慢加入20份水性苯乙烯-丙烯酸共聚树脂搅拌至充分溶解。最后加入1份表面活性剂(无水乙醇)，搅拌均匀并充分溶解，粘结剂粘度9.2mPa.s，表面张力32.39mN/m，粘结剂与氮化硅陶瓷粉的接触角为34.18°，使用温度25℃。采用3DP法三维打印技术，粘结剂用量15％，得到成型坯体强度5.6MPa，烧结致密度97％，氮化硅陶瓷介电损耗1.2×10-3。实施例4称取90份蒸馏水、缓慢加入15份水性苯乙烯-丙烯酸共聚树脂搅拌至充分溶解。最后加入1份表面活性剂(十二烷基溴化铵)，搅拌均匀并充分溶解，粘结剂粘度8.7mPa.s，表面张力35.62mN/m，粘结剂与氧化铝陶瓷粉的接触角为27.56°，使用温度23℃。采用3DP法三维打印技术，粘结剂用量16％，得到成型坯体强度5.5MPa，烧结致密度95％，氧化铝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粘结剂，其特征在于，包括下述质量份的组分：基料90～100份、水溶性苯乙烯-丙烯酸共聚树脂15～20份、表面活性剂0.1～1份。/n

【技术特征摘要】
1.一种粘结剂，其特征在于，包括下述质量份的组分：基料90～100份、水溶性苯乙烯-丙烯酸共聚树脂15～20份、表面活性剂0.1～1份。


2.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述粘结剂的粘度为2-12mPa.s，表面张力30-38mN/m。


3.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述基料为蒸馏水。


4.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基溴化铵、无水乙醇中的一种。


5.根据权利要求1所述的粘结剂，其特征在于，所述粘结剂使用温度为21-27℃。


6.由权利要求1-5所述粘结剂的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王营营，李伶，刘时浩，隋松林，屈忠宝，曹守刚，吕佳琪，陈云锋，李楠，
申请(专利权)人：山东工业陶瓷研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37