一种基于水基浆料的3D打印制备多孔陶瓷块体的方法技术

本发明专利技术涉及多孔陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种基于水基浆料的3D打印制备多孔陶瓷块体的方法。配料组成包括：级配氧化铝粉末25

【技术实现步骤摘要】
一种基于水基浆料的3D打印制备多孔陶瓷块体的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于水基浆料的3D打印制备多孔陶瓷块体的方法，属于多孔陶瓷材料制备


技术介绍

[0002]多孔陶瓷材料因其低密度、低比热、高比表面积、高渗透性、高强度和硬度、强的尺寸稳定性、高耐磨性和耐腐蚀性，以及优异的化学稳定性等广泛应用于汽车工业、催化剂负载、气/液过滤器等领域。多孔氧化铝作为一种廉价易得、性能良好的多孔陶瓷材料，其有效制备方法正受到广泛研究。传统方式制备多孔氧化铝主要采用压铸成型和浆料铸模成型，制备出的多孔氧化铝陶瓷材料形貌结构简单，难以满足生产生活的需求。
[0003]3D打印技术因其独特的增材制造工艺常被用于复杂样品的成型。通过3D打印可以自动、快速、精确、直接的将设计思想转化为实物模型，并且3D打印不受模具种类的限制，可以随意更改所需样品的形状、尺寸，大大降低了产品的开发成本。直写型3D打印在多孔陶瓷成型方面已经受到广泛研究，即采用传统打印技术中喷墨的方法，喷头在不与粉末表面直接接触的情况下，有选择性地将粘结剂喷涂到事先设计好的位置上，然后逐层打印，实现复杂形状的成型和三维孔结构的设计。然而，直写型3D打印存在打印速度慢、精度低、粘结剂固化时间长等不足。因此，寻求一种成型速度快、精度高、形貌结构复杂的成型方式，仍然是目前需要重点研究的。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对目前较为成熟的3D陶瓷打印技术制备的成型产品密度高、难以制备隔热、隔音等多孔材料的问题，提供一种基于水基浆料的3D打印制备多孔陶瓷块体的方法，由此方法得到的氧化铝陶瓷，形成了气孔率高且可控、孔径均匀分布的大孔结构，且烧结时不翘曲、收缩率低，有利于保持材料的尺寸形状，精确控制多孔陶瓷材料的复杂成型。
[0005]本专利技术的技术方案如下：一种基于水基浆料的3D打印制备多孔陶瓷块体的方法，
[0006]1)配料组成包括：级配氧化铝粉末25
‑
55份、淀粉0
‑
55份、粘结剂15
‑
25份、光引发剂1
‑
2份、分散剂1
‑
4份和溶剂20
‑
35份；
[0007]2)混合方式：将级配氧化铝粉末、淀粉、粘结剂、光引发剂、分散剂和溶剂进行球磨混合得到光敏浆料；
[0008]3)采用3D陶瓷打印机，将步骤2)得到的光敏浆料固化成型，得到陶瓷生坯；
[0009]4)将陶瓷生胚放在管式炉内进行脱脂、烧结，最终得到多孔氧化铝陶瓷。
[0010]优选地，上述的一种基于水基浆料的3D打印制备多孔陶瓷块体的方法，步骤1)中，所述的粘结剂为PEG400DA，分散剂为甘油，溶剂为水；光引发剂为2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基
‑1‑
丙酮。
[0011]优选地，上述的一种基于水基浆料的3D打印制备多孔陶瓷块体的方法，步骤1)中，所述级配氧化铝粉末的尺寸级配具体为：0.2μm氧化铝200
‑
400份，1
‑
3μm氧化铝600
‑
800份。
[0012]优选地，上述的一种基于水基浆料的3D打印制备多孔陶瓷块体的方法，步骤2)中，所述的球磨混合的转速150
‑
200转/分钟，球磨时间2
‑
4小时。
[0013]优选地，上述的一种基于水基浆料的3D打印制备多孔陶瓷块体的方法，步骤4)中，脱脂工艺以0.5
‑
2℃/分钟的升温速率升温至200
‑
650℃，保温时间1
‑
3小时。
[0014]优选地，上述的一种基于水基浆料的3D打印制备多孔陶瓷块体的方法，步骤4)中，烧结工艺以3
‑
5℃/分钟的升温速率升温至650
‑
1300℃，保温时间2
‑
6小时。
[0015]本专利技术的有益效果如下：
[0016]本专利技术所述的光敏浆料中含有合理级配的改性氧化铝粉，以致形成均匀可控的孔结构，保证了光敏浆料合适的粘度和光敏特性，且烧结过程中胚体的收缩率小，不易翘曲变形，有利于保持材料的尺寸形状，精确控制多孔陶瓷材料的复杂成型。同时本专利技术选用淀粉作为造孔剂，淀粉在烧结脱脂过程中被除去，形成了孔径分布均匀、孔隙率高且可调控的微观结构。相对于其他造孔剂而言，采用淀粉作为造孔剂有三点优势，一是与其他有机聚合物相比，淀粉的化学纯度相对较高，一般仅含C、H、O(少量微量元素)元素，烧结过后不会产生残留的副产物；二是不同类型的淀粉粒径大小不同，通过选择不同类型的淀粉可以控制孔的尺寸和形状。三是淀粉颜色较浅，对光敏浆料的透光性影响很小，易于光固化成型。相比传统的模具压铸成型和直写型3D打印成型，通过此方法可以制备出具有复杂形状的多孔氧化铝陶瓷材料，且光固化成型具有成型效率高、成型分辨率高、成型速度快、分辨率高等优点。
[0017]通过此方法制备的多孔氧化铝陶瓷材料，其孔隙率可通过烧结温度和加入淀粉量进行调节，现有精密成形技术制备的多孔陶瓷材料孔隙率多介于45％到60％之间，而本专利技术所制备的样品孔隙率可在45
‑
80％之间调节。本专利技术制备出的多孔氧化铝具有高强度和硬度、强的尺寸稳定性、高耐磨性、耐腐蚀性、耐高温、抗氧化、热膨胀系数小等优点，在汽车工业、催化剂负载、气/液过滤器等、多孔吸声材料、相变封装材料等领域都有广阔的发展前景。
[0018]同时，本专利技术所述光敏浆料中原料主要有：淀粉、氧化铝粉、PEG400DA和水，成本价格低廉、混配方式简单、易于工业化生产，混配得到的光敏浆料保质期长，并能够通过光固化快速成型，可用于大规模制备形状复杂的多孔氧化铝陶瓷材料。
附图说明
[0019]图1示出了3D打印制备出的陶瓷生胚和烧结处理后的陶瓷块体的光学照片。
[0020]图2示出了本专利技术实施例1、2、3所制备的氧化铝的体密度和开放孔隙率的曲线图。
[0021]图3示出了本专利技术实施例2、4、5、6、7所制备的氧化铝的体密度和开放孔隙率的曲线图。
具体实施方式
[0022]以下结合附图和下述实施方式对本专利技术进行进一步说明，应当理解，附图和下述实施方式仅用于对本专利技术进行说明，而非限制本专利技术。
[0023]实施例1
[0024]一种基于水基浆料的3D打印制备多孔陶瓷块体的方法，具体包括如下步骤：
[0025](a)一种光敏浆料的配置方法，浆料的组成包括(以质量份数计)：55份级配氧化铝粉末(其中0.2μm氧化铝300份，1
‑
3μm氧化铝700份)、18份PEG400DA、2份甘油作为分散剂、1份光引发剂2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基
‑1‑
丙酮，24份水；
[0026](b)将(a)中所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于水基浆料的3D打印制备多孔陶瓷块体的方法，其特征在于，1)配料组成包括：级配氧化铝粉末25
‑
55份、淀粉0
‑
55份、粘结剂15
‑
25份、光引发剂1
‑
2份、分散剂1
‑
4份和溶剂20
‑
35份；2)混合方式：将级配氧化铝粉末、淀粉、粘结剂、光引发剂、分散剂和溶剂进行球磨混合得到光敏浆料；3)采用3D陶瓷打印机，将步骤2)得到的光敏浆料固化成型，得到陶瓷生坯；4)将陶瓷生胚放在管式炉内进行脱脂、烧结，最终得到多孔氧化铝陶瓷。2.根据权利要求1所述的一种基于水基浆料的3D打印制备多孔陶瓷块体的方法，其特征在于，步骤1)中，所述的粘结剂为PEG400DA，分散剂为甘油，溶剂为水；光引发剂为2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基
‑1‑
丙酮。3.根据权利要求1所述的一种基于水基浆料的3D打印制备多孔陶瓷块...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛春华，闫小虎，关宏宇，张向东，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：