用于增材制造氧化锆粉成型材料及其制备方法与施工工艺技术

本发明专利技术属于快速成型的材料领域，具体涉及一种用于增材制造的二氧化锆粉体成型材料及其制备方法与施工工艺，该成型材料包括以下质量分数的组分：硅酸钠溶液8％～15％、硅丙乳液1％～3％、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物0.5％～2％、触变剂1％～3％、填充材料1％～2％、钇稳定二氧化锆粉60％～75％及去离子水12％～18％。本申请提出的成型材料的新组成，可使其具备优异的触变性能与流变特性，能够更好的适用于增材制造。够更好的适用于增材制造。

【技术实现步骤摘要】
用于增材制造氧化锆粉成型材料及其制备方法与施工工艺


[0001]本专利技术属于快速成型的材料领域，具体涉及一种用于增材制造的二氧化锆粉体成型材料及其制备方法与施工工艺。

技术介绍

[0002]二氧化锆陶瓷滤芯以耐高温、耐化学腐蚀、良好的机械强度及过滤吸附性能，广泛应用于热交换材料、汽车尾气装置、熔融态金属过滤净化、工业污水处理等方面。
[0003]目前生产工艺因开孔率、孔径等指标取决于操作人员经验，生产废品率较高，对于复杂精细结构难以实现。且烧结中容易产生一些薄而脆的陶瓷结构，这些脆弱结构可能因为使用压力而破裂，对用户产品质量造成影响。

技术实现思路

[0004]针对以上技术问题，本专利技术一方面提供一种二氧化锆粉体成型材料，其具备优异的触变性能与流变特性，能够更好的适用于增材制造，所采用的技术方案如下：
[0005]一种用于增材制造的二氧化锆粉体成型材料，包括以下质量分数的组分：硅酸钠溶液8％～15％、硅丙乳液1％～3％、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物0.5％～2％、触变剂1％～3％、填充材料1％～2％、钇稳定二氧化锆粉60％～75％及去离子水12％～18％。
[0006]在一优选示例中，所述触变剂为气相二氧化硅和羟丙基甲基纤维素的组合物。
[0007]在一优选示例中，所述气相二氧化硅为AEROSIL R972德固赛疏水性气相二氧化硅。
[0008]在一优选示例中，所述填充材料为碳纤维粉与多壁纳米碳管中的一种或两种组合。
[0009]在一优选示例中，所述多壁纳米碳管的管径为8～10nm，管长为30～50um，和/或；所述碳纤维粉的粒径为150～200目。
[0010]在一优选示例中，所述硅酸钠溶液的模数为2～2.5，固含量为40％，和/或；所述硅丙乳液的固含量为45％，溶液pH值为7～9，和/或；所述钇稳定二氧化锆粉的粒径为200～250目。
[0011]根据本专利技术的另一方面，本专利技术进一步提供前述二氧化锆粉体成型材料的制备方法，其原材料价廉易得，制作工艺简单，所采用的技术方案如下：
[0012]基于上述一种用于增材制造的二氧化锆粉体成型材料的制备方法，包括：将适量配比的触变剂加入预热的硅酸钠溶液中搅拌混合，获得物料A；按质量配比于去离子水中分别添加双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物、填充材料及硅丙乳液混合，并经超声分散后，加入适量配比的钇稳定二氧化锆粉混合均匀，获得物料B；混合物料A与物料B，并经真空脱泡后制得成型材料。
[0013]在一优选示例中，所述触变剂的预热温度为85℃以上，和/或；采用球磨机或分散
机进行组分之间与物料之间的分散混合。
[0014]根据本专利技术的再一方面，本专利技术进一步提供前述二氧化锆粉体成型材料的施工工艺，应用于陶瓷滤芯的制造，其制备陶瓷滤芯的成型精度高、产品均一性好且成型快捷，所采用的技术方案如下：
[0015]该施工工艺包括：
[0016]挤出成型：将成型材料注入增材制造设备料筒中脱泡处理后，在计算机控制下，由针头逐层挤出材料堆积成型，获得滤芯生胚；
[0017]分段烧结：将干燥后的滤芯生胚分段升温烧结。
[0018]在一优选示例中，挤出成型步骤中，获得的滤芯生胚在不低于15℃的温度环境中静置60～90min完成表面固化，和/或；在分段烧结步骤之前，需将滤芯生胚置于通风干燥处至少12h，和/或；分段烧结步骤中，首先以30～45℃/min的速度，升温至700～800℃，保温30～35分钟；然后以25～30℃/min的速度，升温至1100～1300℃，保温35～45min；最后以10～15℃/min的速度，升温至1400～1500℃，保温90～140分钟，炉冷至室温。
[0019]本专利技术采用以上技术方案至少具有如下的有益效果：
[0020]1.添加触变剂以使成型材料在搅拌、输送与挤出过程中获得较佳的触变性能，在承担后续多层覆盖荷载的情况下不易发生明显变形；
[0021]2.通过增添填充材料，可使成型材料具备优异的流变特性，挤出成型过程中不易产生应力集中点，不会发生爆裂进而产生裂纹；
[0022]3.采用兼具触变性与流变性的成型材料用于增材制造陶瓷滤芯，其产品精度高、均一性好且具备良好的机械强度；此外，采用增材制造的技术制作可缩短生产周期，减少工作量；
[0023]4.本案通过增材制造设备挤出后，可实现最小层厚0.01mm稳定生产，单件堆叠厚度最大至150mm，陶瓷致密度不低于98％，适用于定制化生产结构复杂、精细的陶瓷滤芯。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例中所用到的各种常用试剂，均为市售产品。
[0025]本专利技术提供一种用于增材制造的二氧化锆粉体成型材料，各组分的质量分数如下：硅酸钠溶液8％～15％、硅丙乳液1％～3％、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物0.5％～2％、触变剂1％～3％、填充材料1％～2％、钇稳定二氧化锆粉60％～75％及去离子水12％～18％。其中，硅酸钠溶液的模数为2～2.5，固含量为40％；硅丙乳液的固含量为45％，溶液pH值为7～9；钇稳定二氧化锆粉的粒径为200～250目。
[0026]该实施方式中的成型材料为触变性膏体，受到剪切时，材料具有较好的流动性，停止剪切时，稠度增加，则迅速转变成胶体，可提供材料搅拌、输送与挤出过程中的触变性，加工保形能力良好。
[0027]在一较佳的实施方式中，触变剂为AEROSIL R972德固赛疏水性气相二氧化硅和羟丙基甲基纤维素的组合物；采用组合触变剂可减少陶瓷烧失量。
[0028]在另一较佳的实施方式中，填充材料为碳纤维粉与多壁纳米碳管中的一种或两种。具体的，多壁纳米碳管的管径为8～10nm，管长为30～50um；碳纤维粉的粒径为150～200目。该实施方式中常规高于1％的填充料添加会导致成型材料挤出过程中，因受力不均而产生裂纹，影响成品品质，而本案中的填充材料可在1％～2％的添加比例下均匀分散至成型材料中，不会产生应力集中点，不会发生爆裂，影响产品品质，并且所获成品具备优异的机械强度。
[0029]在一具体应用示例中，用于增材制造的二氧化锆粉体成型材料的制备方法为：
[0030]首先将10％硅酸钠溶液加热至85℃以上，搅拌加入3％配比的触变剂，其中气相二氧化硅(AEROSIL R972德固赛)的质量分数为1.5％、羟丙基甲基纤维素的质量分数为1.5％，并保持搅拌5～10分钟形成物料A备用；
[0031]将双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物1％、碳纤维粉2％、硅丙乳液2％，加入15％配比的去离子水中，搅拌均匀后，进行超声波分散20～30分钟，成为均匀悬浮液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于增材制造的二氧化锆粉体成型材料，其特征在于，包括以下质量分数的组分：硅酸钠溶液8％～15％、硅丙乳液1％～3％、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物0.5％～2％、触变剂1％～3％、填充材料1％～2％、钇稳定二氧化锆粉60％～75％及去离子水12％～18％。2.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的二氧化锆粉体成型材料，其特征在于，所述触变剂为气相二氧化硅和羟丙基甲基纤维素的组合物。3.根据权利要求2所述的一种用于增材制造的二氧化锆粉体成型材料，其特征在于，所述气相二氧化硅为AEROSIL R972德固赛疏水性气相二氧化硅。4.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的二氧化锆粉体成型材料，其特征在于，所述填充材料为碳纤维粉与多壁纳米碳管中的一种或两种组合。5.根据权利要求4所述的一种用于增材制造的二氧化锆粉体成型材料，其特征在于，所述多壁纳米碳管的管径为8～10nm，管长为30～50um，和/或；所述碳纤维粉的粒径为150～200目。6.根据权利要求1所述的一种用于增材制造的二氧化锆粉体成型材料，其特征在于，所述硅酸钠溶液的模数为2～2.5，固含量为40％，和/或；所述硅丙乳液的固含量为45％，溶液pH值为7～9，和/或；所述钇稳定二氧化锆粉的粒径为200～250目。7.基于权利要求1
‑
6任一所述的一种用于增材制造的二氧化锆粉体成型材料的制备方法，其特征在于，包括：将...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨东海，宗传宏，时光成，张少英，
申请(专利权)人：山东海之德新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：