一种制造技术

本发明专利技术提供了一种

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印用陶瓷浆料、陶瓷零件及其制备方法


[0001]本申请涉及
3D
打印
，尤其涉及一种
3D
打印用陶瓷浆料
、
陶瓷零件及其制备方法
。

技术介绍

[0002]陶瓷材料具有结构稳定性
、
耐磨性
、
耐腐蚀性
、
耐高温性等优异的特点，被广泛应用于电子
、
能源
、
航空航天
、
生物医学等工程领域
。
然而，由于陶瓷材料固有的脆性大
、
裂纹敏感度高，通过传统的成型工艺难以实现复杂形状的陶瓷零件，极大限制陶瓷材料的使用范围
。3D
打印技术的出现为获得结构和功能一体化的复杂多功能陶瓷结构提供了一种高效
、
便捷的方法
。
挤出式
3D
打印具有打印成本低
、
适用于材料体系多
、
操作简单方便
、
打印速度快等优点而被广泛应用于陶瓷零件的
3D
打印领域
。
[0003]然而，陶瓷挤出式
3D
打印中，陶瓷粉体仅靠有机粘结剂高温下粘结在一起，打印过程中由于粘结剂的快速冷却导致层与层之间熔合不充分，导致打印出来的零件致密度不高
。
提高陶瓷浆料固含量之后，陶瓷粉末由于粒径小分散不够均匀，陶瓷粘度因此变得过大，在
3D
打印过程中容易造成局部缺损或模型发生损坏
。
因此，如何获得固含量相对较高
、
流动性较好的陶瓷浆料，成为提高
3D
打印陶瓷制品质量
、
拓展其应用领域的关键
。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种
3D
打印用陶瓷浆料
、
陶瓷零件及其制备方法，通过制备固含量相对较高
、
流动性较好的陶瓷浆料，以解决现有
3D
打印陶瓷零件致密度较低的技术问题
。
[0005]第一方面，本申请提供了一种
3D
打印用陶瓷浆料，所述陶瓷浆料包括第一组分及第二组分；
[0006]所述第一组分包括陶瓷粉末以及有机粘结剂；其中，
[0007]所述陶瓷粉末的含量为
40
体积％～
50
体积％，所述有机粘结剂的含量为
50
体积％～
60
体积％；
[0008]所述第二组份包括硅烷偶联剂
、
纤维素以及有机溶剂；其中，
[0009]所述硅烷偶联剂的含量为
35
体积％～
45
体积％，所述纤维素的含量为
35
体积％～
45
体积％，所述有机溶剂的含量为
10
体积％～
30
体积％；
[0010]所述第一组分及第二组分的体积比为
(1
～
3):1。
[0011]可选的，所述陶瓷粉末包括氧化锆
、
碳化硅
、
氧化钇
、
氧化铝
、
氮化硅中的至少一种，所述有机粘结剂包括聚乙烯
、
聚氨酯
、
丙烯酸酯以及
Texaphor 963
中的至少一种
。
[0012]可选的，所述硅烷偶联剂包括氨基丙基三乙氧基硅烷
、N
‑
β
‑
(
氨乙基
)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷
、3
‑
巯丙基三甲氧基硅烷中的至少一种，所述纤维素包括甲壳素
、
木质素
、
羟丙基甲基纤维素中的至少一种，所述有机溶剂包括乙醇
、
丙酮
、
甲苯中的至少一种
。
[0013]可选的，所述纤维素的平均粒径为
10
μ
m
～
100
μ
m
，所述纤维素的分解温度为
200℃
～
500℃。
[0014]第二方面，本申请提供了一种
3D
打印用陶瓷浆料的制备方法，用于制备第一方面任意一项实施例所述的陶瓷浆料，所述方法包括：
[0015]将陶瓷粉末以及有机粘结剂进行混合，后搅拌，得到第一组份；
[0016]将硅烷偶联剂
、
纤维素以及有机溶剂进行混合，后搅拌，得到第二组份；
[0017]将所述第一组份以及第二组份进行混合，后搅拌，得到陶瓷浆料
。
[0018]第三方面，本申请提供了一种陶瓷零件的制备方法，包括：
[0019]建立目标陶瓷零件的三维模型；
[0020]基于所述三维模型建立分层切片扫描数据路径；
[0021]将第一方面任意一项实施例所述的陶瓷浆料放置于
3D
打印机的料筒；
[0022]所述
3D
打印机根据所述路径完成打印，冷却后得到生坯件；
[0023]对所述生坯件进行脱脂以及烧结，得到陶瓷零件
。
[0024]可选的，所述脱脂包括溶剂脱脂以及热脱脂，所述溶剂脱脂的溶剂为正戊烷，所述热脱脂的峰值温度为
200℃
～
500℃。
[0025]可选的，所述烧结的峰值温度为
600℃
～
1500℃。
[0026]可选的，所述切片的线宽为
0.3mm
～
0.6mm。
[0027]第四方面，本申请提供了一种陶瓷零件，所述陶瓷零件是由第三方面任意一项实施例所述的陶瓷零件的制备方法得到
。
[0028]本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0029]本申请提供了一种
3D
打印用陶瓷浆料
、
陶瓷零件及其制备方法，通过硅烷偶联剂作为连接“桥梁”，保证陶瓷粉体在纤维素表面均匀分散，减少陶瓷粉末团聚现象的产生
。
[0030]此外，纤维素比热容小于陶瓷的比热容，打印过程中热量消散的速度较慢，延长打印线条
/
片层的半固化时间，保证打印的线条
/
片层在一定的时间范围内温度不变，利用浆料自身粘性，促进线
/
层之间搭接紧密；纤维素本身具有天然的亲水性和高强高模的特点，其表面具有很强的握裹力，纤维单丝可以起到抗裂效果，有效提高陶瓷浆料的力学性能，保证打印过程中线条不变形；纤维素不溶解于一般有机溶剂，用作陶瓷胚体的支撑体，防止在脱脂过程中零件胚体塌陷；高温烧结阶段，陶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种
3D
打印用陶瓷浆料，其特征在于，所述陶瓷浆料包括第一组分及第二组分；所述第一组分包括陶瓷粉末以及有机粘结剂；其中，所述陶瓷粉末的含量为
40
体积％～
50
体积％，所述有机粘结剂的含量为
50
体积％～
60
体积％；所述第二组份包括硅烷偶联剂
、
纤维素以及有机溶剂；其中，所述硅烷偶联剂的含量为
35
体积％～
45
体积％，所述纤维素的含量为
35
体积％～
45
体积％，所述有机溶剂的含量为
10
体积％～
30
体积％；所述第一组分及第二组分的体积比为
(1
～
3):1。2.
根据权利要求1所述的陶瓷浆料，其特征在于，所述陶瓷粉末包括氧化锆
、
碳化硅
、
氧化钇
、
氧化铝
、
氮化硅中的至少一种，所述有机粘结剂包括聚乙烯
、
聚氨酯
、
丙烯酸酯以及
Texaphor 963
中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的陶瓷浆料，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括氨基丙基三乙氧基硅烷
、N
‑
β
‑
(
氨乙基
)
‑
γ
‑
氨丙基三甲氧基硅烷
、3
‑
巯丙基三甲氧基硅烷中的至少一种，所述纤维素包括甲壳素
、
木质素
、
羟丙基甲基纤维素中的至少一种，所述有机溶剂包括乙醇

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽敏，赵玉婷，李树寒，李祥友，贺兵，李江涛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：