【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造，尤其涉及一种基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法。
技术介绍
1、结构陶瓷是具有耐高温、耐冲刷、耐腐蚀、高硬度、高强度、低蠕变速率等优异力学、热学、化学性能，常用于各种结构部件的先进陶瓷。用于制造结构陶瓷的材料例如氧化铝、氧化锆、氮化硅等，烧结成型后具有高强度和高硬度的特点。
2、增材制造技术为复杂形状陶瓷构件的制备提供了新方向。其中，粘结剂喷射增材制造(bjam)是基于粉末床工艺，通过喷墨打印头逐层喷射粘结剂选区沉积在粉末床上，层层叠加形成零件生坯，并通过后续固化、脱脂、烧结过程，使其致密化并获得机械性能良好的零件。bjam技术具有快速高效、低成本、无需额外支撑等特点，不仅具有较高的精度而且适合大型构件的制备以及批量化生产。
3、为了获得良好的铺粉效果，bjam技术对粉体有较高的要求，例如高流动性，因此通常使用近球形粉体，粒径范围在10-200um。但是，先进陶瓷材料的粉体特性(粒径、比表面积等)对其烧结活性有很大影响。通常而言，粒径越小，比表面越大，烧结活性越高，烧结温度也越低。在高性能陶瓷制备过程中通常采用亚微米、纳米级粉体的原材料，提供足够的烧结活性保证材料完全致密化。而bjam所使用的10-200um粒径的陶瓷粉体，会使得粉体的烧结活性严重降低，该粒径范围的粉体通常用来做多孔陶瓷，隔热材料等，导致采用bjam技术制备高密度高性能的先进陶瓷十分困难。另外，基于粉床工艺，粉床密度等多方面的影响，例如粉体特性(粒径大小、分布、形貌等)，铺粉工艺(铺粉方式、厚度、速度等)，
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是如何采用粘结剂喷射成型技术制备高密度、高强度的结构陶瓷。
2、为了解决上述问题，本专利技术提出以下技术方案：
3、一方面，本专利技术提出一种基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法，包括以下步骤：
4、s1、按质量份计，先将陶瓷粉体80～99份和烧结助剂1～20份混合均匀，然后向混合粉体中加入含有金属盐20～30份、硅溶胶20～30份、胶水20～30份混合悬浮液，进行造粒制备粗粉，粗粉粒径为0.1um～150um，优选0.1-60um；
5、s2、将所述粗粉用粘结剂喷射技术成型制坯；
6、s3、对坯体进行脱脂、烧结，制得陶瓷基芯；
7、所述陶瓷粉体的粒径范围为1nm～10um；所述金属盐选自碱土金属硝酸盐和/或稀土金属硝酸盐。
8、所述陶瓷粉体的粒径范围为1nm～10um，优选100nm～1um，在此粒径范围下，陶瓷粉体具有更高烧结活性。
9、需要说明的是，所述混合悬浮溶液是将金属盐预先溶于溶剂中，然后加入硅溶胶以及胶水混合制得，所用的溶剂可以是无水乙醇。
10、本专利技术的造粒方式优选挤压搅拌造粒，原理见图2，具体是将陶瓷粉体和烧结助剂混合后，在对混合粉体进行挤压搅拌时，从喷头处按需喷出含有金属盐、硅溶胶、胶水的混合悬浮液，随后烘干得到粗粉。这种造粒方式使得混合悬浮液的加入在造粒时不会影响粉体原料的堆积情况，同时，混合悬浮液中的成份有利于提高粗粉的密度，进而提高坯体的密度。坯体密度越高，其烧结得到的陶瓷密度也越高。进一步地，在粘结剂喷射打印时，粘结剂喷射胶水进入粉床后与粗粉中的硅溶胶和金属盐混合，粘结剂喷射胶水对粉床浸润有助于硅溶胶和金属盐均匀地对坯体的孔隙进行二次填充，在脱脂后金属盐会分解为金属氧化物并形成壳核结构以及晶桥，强化了粉体原料之间的固体桥联，保证了脱脂后坯体的强度，并且形成的坯体内部结构较为均匀，有利于烧结得到致密的结构陶瓷。
11、其进一步地技术方案为，所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化锆、氮化硅、氮化铝中的至少一种。
12、其进一步地技术方案为，所述金属盐选自mg的硝酸盐化合物、al的硝酸盐化合物、zr的硝酸盐化合物、ca的硝酸盐化合物、y的硝酸盐化合物、ce的硝酸盐化合物、eu的硝酸盐化合物、la的硝酸盐化合物、lu的硝酸盐化合物中的一种或多种。
13、其进一步地技术方案为，所述烧结助剂选自碱土金属氧化物和/或稀土金属氧化物。
14、其进一步地技术方案为，所述烧结助剂选自mgo、al2o3、zro2、cao、sio2、cr2o3、y2o3、la2o3、ce2o3、sm2o3、eu2o3、gd2o3、lu2o3中的一种或多种。
15、其进一步地技术方案为，所述烧结助剂的粒径范围为1nm～10um，优选范围100nm～1um。
16、其进一步地技术方案为，所述硅溶胶中的sio2质量分数量为1～50％，优选15％～30％，sio2的平均粒径范为1nm～500nm，优选10nm～150nm。
17、其进一步地技术方案为，所述胶水为粘接固化胶水，可选自环氧树脂类胶水、呋喃树脂类胶水、丙烯酸酯类胶水、酚醛类胶水、聚乙烯醇胶水、纤维素胶水、硅酸钠胶水中的一种或多种，本领域技术人员也可选用其他胶水达到类似的效果。
18、其进一步地技术方案为，所述步骤s2中，铺粉厚度为60um～200um。本领域技术人员可通过优化打印参数(铺粉速度、喷胶量等)保证不出现推件、层移、变形等问题，获得形状和精度良好的打印坯体。
19、需要说明的是，本专利技术中，脱脂是指去除打印体中的有机物，根据所含有机物的受热分解情况，其脱脂温度应在300-600℃左右，脱脂方法不限于一步空气脱脂、真空和空气两步脱脂等。对脱脂后的样品进行烧结，烧结温度在1300-1900℃，从而获得高致密、高性能的陶瓷，烧结温度应根据陶瓷材料的种类来确定。本专利技术中，脱脂和烧结为陶瓷材料的常规制备工艺，本领域技术人员可根据具体陶瓷材料采用合适设备以及烧结工艺进行烧结，例如氧化铝、氧化锆陶瓷材料可采用马弗炉进行烧结，氮化硅陶瓷材料可采用气氛炉、气压炉等进行烧结，但不局限于这几种。
20、另一方面，本专利技术提供一种粘接剂喷射制得的结构陶瓷基芯，由所述的基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法制得。
21、与现有技术相比，本专利技术所能达到的技术效果包括：
22、本专利技术利用具有高烧结活性的陶瓷粉体、烧结助剂粉体、金属盐化合物、硅溶胶和胶水制备微米级粗粉，然后通过粘结剂喷射工艺制备陶瓷打印样品，从而能够获得具有较高强度的打印坯体，并且坯体在脱脂后仍能保持较高强度，有利于高温烧结制备出具有高致密、高强度的结构陶瓷。本专利技术利用高烧结活性陶瓷粉体原料、硅溶胶中的纳米二氧化硅、烧结助剂以及金属盐分解的纳米氧化物的共同作用，通过液相烧结的方式来提高粘结剂喷射坯体的烧结性能，从而获得高密度、高强度的打印陶瓷坯体，并且烧结体的密度越高，其力学性能越优，解决了粘结剂喷射增材制造技术难以制备高密度高性能陶瓷的问题。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法，其特征在于，所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化锆、氮化硅、氮化铝中的至少一种。
3.如权利要求1所述的基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法，其特征在于，所述金属盐选自Mg的硝酸盐化合物、Al的硝酸盐化合物、Zr的硝酸盐化合物、Ca的硝酸盐化合物、Y的硝酸盐化合物、Ce的硝酸盐化合物、Eu的硝酸盐化合物、La的硝酸盐化合物、Lu的硝酸盐化合物中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法，其特征在于，所述烧结助剂选自碱土金属氧化物和/或稀土金属氧化物。
5.如权利要求4所述的基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法，其特征在于，所述烧结助剂选自MgO、Al2O3、ZrO2、CaO、SiO2、Cr2O3、Y2O3、La2O3、Ce2O3、Sm2O3、Eu2O3、Gd2O3、Lu2O3中的一种或多种。
6.如权利要求1所述的基于粘结剂喷射技术制备高
7.如权利要求1所述的基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法，其特征在于，所述硅溶胶中的SiO2质量分数量为1～50％，SiO2的平均粒径为1nm～500nm。
8.如权利要求1所述的基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法，其特征在于，所述胶水选自环氧树脂类胶水、呋喃树脂类胶水、丙烯酸酯类胶水、酚醛类胶水、聚乙烯醇胶水、纤维素胶水、硅酸钠胶水中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法，其特征在于，所述步骤S2中，铺粉厚度为60um～200um。
10.一种粘接剂喷射制得的结构陶瓷基芯，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法，其特征在于，所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化锆、氮化硅、氮化铝中的至少一种。
3.如权利要求1所述的基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法，其特征在于，所述金属盐选自mg的硝酸盐化合物、al的硝酸盐化合物、zr的硝酸盐化合物、ca的硝酸盐化合物、y的硝酸盐化合物、ce的硝酸盐化合物、eu的硝酸盐化合物、la的硝酸盐化合物、lu的硝酸盐化合物中的一种或多种。
4.如权利要求1所述的基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法，其特征在于，所述烧结助剂选自碱土金属氧化物和/或稀土金属氧化物。
5.如权利要求4所述的基于粘结剂喷射技术制备高性能结构陶瓷的方法，其特征在于，所述烧结助剂选自mgo、al2o3、zro2、cao、sio2、cr2o3、y2o3、la2o3、ce2o3、...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。