一种堇青石前驱体光固化膏料及复杂结构多孔堇青石陶瓷的制备方法技术

一种堇青石前驱体光固化膏料及复杂结构多孔堇青石陶瓷的制备方法，膏料包括复合陶瓷粉体和预混液，复合陶瓷粉体为滑石、高纯氧化铝粉末与高纯二氧化硅或硅藻土中的一种或两种；预混液为复合光敏树脂、光引发剂、添加剂的混合物；膏料的制备是先进行复合陶瓷粉体的混制，然后制备预混液，最后将复合陶瓷粉体逐次加入至预混液中，采用行星式均质机充分混合和除泡后，得到堇青石前驱体光固化膏料；复杂结构多孔堇青石陶瓷的制备是先对堇青石前驱体光固化膏料进行打印，得到打印样件；然后对打印样件进行脱脂，最后对脱脂后的打印样件进行除碳

【技术实现步骤摘要】
一种堇青石前驱体光固化膏料及复杂结构多孔堇青石陶瓷的制备方法


[0001]本专利技术涉及多孔堇青石陶瓷
，具体涉及一种堇青石前驱体光固化膏料及复杂结构多孔堇青石陶瓷的制备方法。

技术介绍

[0002]多孔堇青石陶瓷因为具备热膨胀系数低、抗热震性能好、化学稳定性高、介电系数低、耐火性能好等性能优势，被广泛地应用于电子封装、能源再生催化、耐火材料、高温烟气过滤净化、高污染废水处理等领域。随着现代工业的发展，各行业领域对堇青石陶瓷的需求从材料本身的性能扩展到结构设计上，特别是在能源再生催化领域和高温烟气过滤净化领域，复杂的三维结构设计可以提供极高的宏观比表面积，从而实现对不同功能需求的定向设计，极大地提高催化效率和净化效率。目前，采用原位合成(前驱体)结合新颖成型工艺制备结构
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功能一体化高性能堇青石多孔陶瓷是一个热点。然而，因为模具设计限制和制备工艺的复杂性，现有的传统制备工艺，例如挤出成型、凝胶注模成型、发泡成型和牺牲模板成型等都无法实现复杂三维结构的设计。
[0003]近年来，增材制造技术在陶瓷制造领域内的推广为各类陶瓷的应用潜力的发掘提供了有效的途径，其层层铺料、层层打印的工作原理使功能
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结构一体化的陶瓷件得以实现。目前，应用于陶瓷增材制造的工艺有直接墨水打印(DIW)、熔融沉积成型(FDM)、选择性激光烧结/熔融(SLS/SLM)、立体光固化雕刻成型(SLA)等，其中，基于陶瓷膏料成型的SLA技术精度最高，表面质量也最好。实现SL A成型的关键是对应的陶瓷膏料，对于堇青石陶瓷来说，目前市面上还没有可以应用于SLA成型的堇青石前驱体光固化膏料，单一地使用堇青石粉末制备的膏料也难以实现对烧成品性能的调控。而对于复杂结构多孔堇青石陶瓷的制备，脱脂和烧结工艺的合理运用才能实现。
[0004]综上，现有技术存在的缺陷：1、传统成型方法例如挤压成型、发泡成型、凝胶注模成型等都无法成型复杂定制结构的多孔堇青石陶瓷，极大地限制了其在隔热材料、耐火材料、电子封装材料和催化剂载体领域的使用潜力；光固化成型方式能够实现定制复杂结构的高效成型，但是目前缺少一种可用于光固化成型的堇青石前驱体光固化膏料。2、目前常用的制备堇青石陶瓷的前驱体粉末多为高纯原料，不仅提高了原料成本也提高了工艺成本(烧成温度高)。3、光固化成型的堇青石前驱体坯体需要一套完整的脱脂和烧结工艺，目前还没有报道给出脱脂和烧结工艺。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种堇青石前驱体光固化膏料及复杂结构多孔堇青石陶瓷的制备方法，能够实现复杂件的光固化成型及堇青石陶瓷的原位合成。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种堇青石前驱体光固化膏料，包括复合陶瓷粉体和预混液，复合陶瓷粉体体积份数含量为膏料的30vol％
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45vol％；
[0008]所述的复合陶瓷粉体为滑石、高纯氧化铝粉末与高纯二氧化硅或硅藻土中的一种或两种；其中，滑石的粒径为2.6um
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45um，所含成分中，TiO2、Fe2O3的总含量小于3wt％；高纯氧化铝的粒径为0.3um
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5um；高纯氧化硅的粒径为0.3um
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5um之间；硅藻土的粒径为1
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10um，所含TiO2、Fe2O3的总含量小于3wt％，所含Na2O、K2O的总含量小于1％；以重量份数记，滑石40
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50份，高纯氧化铝30
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40份，高纯二氧化硅0
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25份，硅藻土0
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25份。
[0009]所述的预混液为复合光敏树脂、光引发剂、添加剂的混合物；复合光敏树脂为1,6一己二醇二丙烯酸酯、双季戊四醇六丙烯酸酯和双酚A型环氧丙烯酸树脂的混合液，按照重量份数记，1,6一己二醇二丙烯酸酯8
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10份、双季戊四醇六丙烯酸酯5
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7份和双酚A型环氧丙烯酸树脂4
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6份；光引发剂为自由基光引发剂苯偶酰双甲醚，苯偶酰双甲醚占复合光敏树脂总质量的0.5
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2％；添加剂包含塑化剂和分散剂，塑化剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或者多种，按体积份数记，复合光敏树脂为64
‑
95份，塑化剂的用量为5
‑
36份；分散剂为Span80，使用量为复合陶瓷粉体质量的0.5wt％
‑
5wt％。
[0010]一种堇青石前驱体光固化膏料的制备方法，包括以下步骤：
[0011]1)复合陶瓷粉体的混制，采用无水乙醇和玛瑙球作为湿磨介质，按照质量分数计，滑石40
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50份，高纯氧化铝30
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40份，高纯二氧化硅0
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25份，硅藻土0
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25份配制复合陶瓷粉体；
[0012]按质量分数计，复合陶瓷粉体：玛瑙球：无水乙醇＝1:2:2，球磨时间为18
‑
30小时，球磨后复合陶瓷粉体的粒径小于10um；
[0013]2)按照质量份数计，1,6一己二醇二丙烯酸酯8
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10份、双季戊四醇六丙烯酸酯5
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7份和双酚A型环氧丙烯酸树脂4
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6份的混合液形成复合光敏树脂；光引发剂为自由基光引发剂苯偶酰双甲醚，苯偶酰双甲醚占复合光敏树脂总质量的0.5
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2％；添加剂包含塑化剂和分散剂，塑化剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或者多种，按体积份数记，复合光敏树脂为64
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95份，塑化剂的用量为5
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36份；分散剂为Span80，使用量为复合陶瓷粉体质量的0.5wt％
‑
5wt％；将称取好的复合光敏树脂、光引发剂和添加剂采用行星式均质机进行充分混合，得到预混液；
[0014]3)将复合陶瓷粉体逐次加入至预混液中，按体积份数计，预混液占55
‑
70份，复合陶瓷粉体占30
‑
45份，采用行星式均质机充分混合和除泡后，得到堇青石前驱体光固化膏料。
[0015]利用一种堇青石前驱体光固化膏料的复杂结构多孔堇青石陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
[0016]1)打印工艺：对堇青石前驱体光固化膏料进行打印，得到打印样件；激光能量密度70
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567mJ/cm2，分层厚度25μm
‑
100μm，刮刀速度为10
‑
20mm/s；
[0017]2)脱脂工艺：对打印样件进行脱脂，脱脂气氛为氩气，根据TG曲线分为6段脱脂工艺，分别为0
‑
190℃，190
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260℃，260
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320℃，320
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400℃，400
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种堇青石前驱体光固化膏料，其特征在于：包括复合陶瓷粉体和预混液，复合陶瓷粉体体积份数含量为膏料的30vol％
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45vol％；所述的复合陶瓷粉体为滑石、高纯氧化铝粉末与高纯二氧化硅或硅藻土中的一种或两种；以重量份数记，滑石40
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50份，高纯氧化铝30
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40份，高纯二氧化硅0
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25份，硅藻土0
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25份；所述的预混液为复合光敏树脂、光引发剂、添加剂的混合物；复合光敏树脂为1,6一己二醇二丙烯酸酯、双季戊四醇六丙烯酸酯和双酚A型环氧丙烯酸树脂的混合液，按照重量份数记，1,6一己二醇二丙烯酸酯8
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10份、双季戊四醇六丙烯酸酯5
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7份和双酚A型环氧丙烯酸树脂4
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6份；光引发剂为自由基光引发剂苯偶酰双甲醚，苯偶酰双甲醚占复合光敏树脂总质量的0.5
‑
2％；添加剂包含塑化剂和分散剂，塑化剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或者多种，按体积份数记，复合光敏树脂为64
‑
95份，塑化剂的用量为5
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36份；分散剂为Span80，使用量为复合陶瓷粉体质量的0.5wt％
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5wt％。2.根据权利要求1所述的一种堇青石前驱体光固化膏料，其特征在于：滑石的粒径为2.6um
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45um，所含成分中，TiO2、Fe2O3的总含量小于3wt％；高纯氧化铝的粒径为0.3um
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5um；高纯氧化硅的粒径为0.3um
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5um之间；硅藻土的粒径为1
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10um，所含TiO2、Fe2O3的总含量小于3wt％，所含Na2O、K2O的总含量小于1％。3.权利要求1所述的一种堇青石前驱体光固化膏料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)复合陶瓷粉体的混制，采用无水乙醇和玛瑙球作为湿磨介质，按照质量分数计，滑石40
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50份，高纯氧化铝30
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40份，高纯二氧化硅0
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25份，硅藻土0
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25份配制复合陶瓷粉体；按质量分数计，复合陶瓷粉体：玛瑙球：无水乙醇＝1:2:2，球磨时间为18
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30小时，球磨后复合陶瓷粉体的粒径小于10um；2)按照质量份数计，1,6一己二醇二丙烯酸酯8
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10份、双季戊四醇六丙烯酸酯5
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7份和双酚A型环氧丙烯酸树脂4
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6份的混合液形成复合光敏树脂；光引发剂为自由基光引发剂苯偶酰双甲醚，苯偶酰双甲醚占复合光敏树脂总质量的0.5
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2％；添加剂包含塑化剂和分散剂，塑化剂为聚乙二醇200、聚乙二醇400和邻苯二甲酸二丁酯中的一种或者多种，按体积份数记，复合光敏树脂为64
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95份，塑化剂的用量为5
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36份；分散剂为Span80，使用量为复合陶瓷粉体质量的0.5wt％
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5wt％；将称取好的复合光敏树脂、光引发剂和添加剂采用行星式均质机进行充分混合，得到预混液；3)将复合陶瓷粉体逐次加入至预混液中，按体积份数计，预混液占55
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70份，复合陶瓷粉体占30
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45份，采用行星式均质机充分混合和除泡后，得到堇青石前驱体光固化膏料。4.利用权利要求1一种堇青石前驱体光固化膏料的复杂结构多孔堇青石陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)打印工艺：对堇青石前驱体光固化膏料进行打印，得到打印样件；激光能量密度70
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567mJ/cm2，分层厚度25μm
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100μm，刮刀速度为10
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20mm/s；2)脱脂工艺：对打印样件进行脱脂，脱脂气氛为氩气，根据TG曲线分为6段脱脂工艺，分别为0
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190℃，190
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260℃，260
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320℃，320
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400℃，400
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460℃，460
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540℃，其中400
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460℃之间的升温速率为0.2℃/min，终点温度460℃的保温时间为4h，其余阶段升温速率为0.2℃/min
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1℃/min，每个阶段的终...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍崇高，李世佳，董文彩，刘荣臻，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：