一种用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料，所述陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料包括预处理粉煤灰和水基光敏树脂，所述预处理粉煤灰和水基光敏树脂质量比40％～50％：60％～50％；所述水基光敏树脂包括光敏低聚物、活性稀释剂和光引发剂；所述光敏低聚物、活性稀释剂和光引发剂质量比为1：15％～25％：1％～3％。本发明专利技术还涉及所述陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料的制备方法以及用该陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料打印成陶瓷铸芯的方法。使用粉煤灰做陶瓷粉，大大降低了铸芯制造的原料成本，粉煤灰为球形结构，在浆料中能发挥滚珠效应，产生自润滑作用，使浆料的固含量高达68.7vol％时，粘度也仅有7.6Pa﹒s。

【技术实现步骤摘要】
一种用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料及其制备方法
本专利技术涉及一种陶瓷3D打印浆料，尤其涉及一种用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料、制备方法，及其陶瓷铸芯的制备方法。
技术介绍
熔模铸造可利用铸芯在铸造金属内产生内部通道，将熔融金属或合金注入含有芯的铸模中，当金属或合金凝固之后，移除铸芯得到具有内部通道的铸件。铸件内部通道由铸芯的形状决定。传统的熔模铸造铸芯生产周期长、难以成型形状和结构复杂的零件、成型精度低、小批量生产成本高昂，这些因素极大地限制了熔模铸造在精密铸造的应用。近年来，陶瓷3D打印技术的出现，精简了熔模铸造铸芯的制作流程，使得短时间内获得小批量、高精度的复杂结构零件成为可能，大大提高了熔模精密铸造的加工效率。利用陶瓷3D打印生产的铸芯制作的零件已广泛应用于航空航天、军工等领域。但这些领域对铸件的精度要求非常高，因此对铸芯的3D打印的原料和工艺要求都很高，如申请号为202010051157.2的专利中公开了一种复杂双层壁硅基陶瓷型芯光固化3D打印制备方法，采用的陶瓷粉是两种二氧化硅的混合物，一种是粒度为20～40nm，纯度为99.9％的熔融石英二氧化硅。另一种是粒度为100～300μm、纯度为99％的二氧化硅，其中纳米二氧化硅占陶瓷粉总质量的60～75％。打印出的陶瓷素坯要经过1000多度的高温烧结。而在熔模铸造后期，铸芯会被破坏，只能使用一次，因此这类3D打印的铸芯的制造成本很高。因此，开发一种低成本的3D打印浆料，对推广熔模铸造有重要意义。理想的3D打印浆料应具有较高的固相颗粒体积比和较低粘度，较高的固相颗粒体积比有利于提高3D打印制品的尺寸稳定性，而较低的粘度则有利于3D打印喷头挤出成型。但是由于固相颗粒与树脂材料间相容性较差，使得固相材料的体积百分数一般在60％以下。固相颗粒形状不规则，相互间摩擦力较大，使得3D打印浆料具有较高粘度。申请号为201910872735.6专利中，利用废瓷粉等作为固相颗粒的3D打印浆料，固相颗粒的体积比在40～60％之间，但粘度高达400-500Pa﹒s。粉煤灰主要是煤炭燃烧过程中产生的废弃物，由于我国煤炭资源丰富，使我国的粉煤灰废弃物量巨大，是我国积累堆贮量和占用耕地最多的工业废弃物之一。粉煤灰主要化学成分为氧化铝和二氧化硅，与用于3D打印的陶瓷粉成分相似，且具有价格低廉、轻质、耐高温、耐腐蚀等优点。将粉煤灰进行合理地前处理，利用粉煤灰替代陶瓷浆料中的陶瓷粉末是一种降低成本的有效方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的技术问题，提供一种原料成本低廉的用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料，该浆料中粉煤灰体积比较高时，仍具有较低粘度。为了解决上述技术问题，采用了如下技术方案：一种用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料，所述陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料包括预处理粉煤灰和水基光敏树脂，所述预处理粉煤灰和水基光敏树脂质量比40％～50％：60％～50％；所述水基光敏树脂包括光敏低聚物、活性稀释剂和光引发剂；所述光敏低聚物、活性稀释剂和光引发剂质量比为1：15％～25％：1％～3％。进一步，所述光敏低聚物为水性聚氨酯丙烯酸树脂、水性聚酯丙烯酸树脂和水性环氧丙烯酸树脂中的一种或一种以上的组合。进一步，所述活性稀释剂为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二缩三丙二醇双丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯和丙烯酸-2-乙基己酯一种或一种以上的组合。进一步，所述光引发剂为水性硫杂蒽酮类、水性二苯乙二酮类、水性二苯甲酮类、水性烷基芳酮衍生物、水性苯乙酮衍生物类中的一种或一种以上的组合。进一步，所述水基光敏树脂还包括分散剂，所述分散剂为油酸、硬脂酸、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮的一种或一种以上的组合，所述光敏低聚物和分散剂的质量百分比为1：0.3％～3.5％。进一步，所述水基光敏树脂还包括助剂，所述助剂为柠檬酸三丁酯、环己烷、1,2-二甲酸二异壬基酯和环氧大豆油中的至少一种，所述光敏低聚物和助剂为质量百分比为1：1％～2.5％。进一步，所述粉煤灰优选F类粉煤灰，平均粒径为10～100μm，烧失量小于0.5％，所述用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料中粉煤灰体积分数小于68.7vol％，粘度小于7.6Pa﹒s。本专利技术还提供了上述用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料的制备方法，包括以下步骤：S1.粉煤灰预处理：将高温脱碳处理后的粉煤灰进行筛分，干燥处理，然后与改性剂、溶剂进行充分混合后再干燥处理得到预处理粉煤灰；S2.水基光敏树脂的制备：将水基光敏树脂各组分充分混合后得到水基光敏树脂；S3.将所述步骤S1和步骤S2中的预处理粉煤灰和水基光敏树脂充分混合得到用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料。进一步，所述步骤S1中，所述改性剂为硅烷偶联剂、铬络合物偶联、钛酸酯偶联剂中的至少一种；粉煤灰和改性剂的重量百分比为1：6％～10％。进一步，所述步骤S2中，预处理粉煤灰和水基光敏树脂充分混合使用的是球磨混合，球磨速度为50r/min～100r/min，球磨时间为3～6h。本专利技术还提供了用上述用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料制备成陶瓷铸芯的方法，包括以下步骤：A.将用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料放入3D打印机中成型得到铸芯生坯；B.将铸芯生坯经烧结得到铸芯。所述步骤A中的3D打印机为DLP光固化打印机或SLA光固化打印机；所述步骤B中所述烧结工艺为：将铸芯生坯放入烧结炉中，以10～20℃/h的升温速率升到200～300℃，保温30～60min，然后将炉体冷却至室温，即得到铸芯。本专利技术的有益效果：1.使用粉煤灰做陶瓷粉，大大降低了铸芯制造的原料成本。2.消耗了粉煤灰废弃物，有利于环境保护。3.粉煤灰为球形结构，在浆料中能发挥滚珠效应，产生自润滑作用，使浆料的固含量高达68.7vol％时，粘度也仅有7.6Pa﹒s。4.采用了偶联剂对粉煤灰进行了表面改性，并添加了分散剂，使粉煤灰能在水基光敏树脂中分散均匀，3D打印浆料中粉煤灰体积比较高。5.采用了水基光敏树脂，环境友好，在3D打印时容易将多余的浆料清除干净。具体实施方式以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术提供了一种用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料，包括预处理粉煤灰和水基光敏树脂，预处理粉煤灰和水基光敏树脂质量比40％～60％：60％～50％。水基光敏树脂包括光敏低聚物、活性稀释剂和光引发剂，所述光敏低聚物、活性稀释剂和光引发剂质量比为1：15％～25％：1％～4％。优选在水基光敏树脂中添加分散剂和助剂，光敏低聚物、活性稀释剂、水性光引发剂、分散剂、助剂的重量百分比为1：15％～25％：1％～4％：0.3％～3.5％：1％～2.5％。预处理粉煤灰和水基光敏树脂质量比优选50％～60％：50％～60％。本专利技术将粉煤灰分散在水基光敏树脂中形成了用于陶瓷3D打印的浆料，浆料在3D打印机打印过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料，其特征在于，所述陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料包括预处理粉煤灰和水基光敏树脂，所述预处理粉煤灰和水基光敏树脂质量比40％～50％：60％～50％；所述水基光敏树脂包括光敏低聚物、活性稀释剂和光引发剂；所述光敏低聚物、活性稀释剂和光引发剂质量比为1：15％～25％：1％～3％。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料，其特征在于，所述陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料包括预处理粉煤灰和水基光敏树脂，所述预处理粉煤灰和水基光敏树脂质量比40％～50％：60％～50％；所述水基光敏树脂包括光敏低聚物、活性稀释剂和光引发剂；所述光敏低聚物、活性稀释剂和光引发剂质量比为1：15％～25％：1％～3％。


2.根据权利要求权利要求1所述的用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料，其特征在于，所述光敏低聚物为水性聚氨酯丙烯酸树脂、水性聚酯丙烯酸树脂和水性环氧丙烯酸树脂中的一种或一种以上的组合。


3.根据权利要求权利要求1所述的用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料，其特征在于，所述活性稀释剂为乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二缩三丙二醇双丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯和丙烯酸-2-乙基己酯一种或一种以上的组合。


4.根据权利要求权利要求1所述的用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料，其特征在于，所述光引发剂为水性硫杂蒽酮类、水性二苯乙二酮类、水性二苯甲酮类、水性烷基芳酮衍生物、水性苯乙酮衍生物类、水性苯偶酰衍生物中的一种或一种以上的组合。


5.根据权利要求权利要求1所述的用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料，其特征在于，所述水基光敏树脂还包括分散剂，所述分散剂为油酸、硬脂酸、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮的一种或一种以上的组合，所述光敏低聚物和分散剂为质量百分比为1：0.3％～3.5％。


6.根据权利要求权利要求1所述的用于陶瓷3D打印的粉煤灰水基浆料，其特征在于，所述水基光敏树脂还包括助剂，所述助剂为柠檬酸三丁酯、环己烷、1,2-二甲酸二异壬基酯和环氧大豆油中的至少一种，所述光敏低聚物和助剂的质量百分比为1：1％...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡志祥，李洋，孙智龙，王志勇，
申请(专利权)人：武汉因泰莱激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42