本发明涉及一种3D打印光固化陶瓷浆料的制备方法。
背景技术：
陶瓷3D打印技术具有成型速度快、可打印复杂部件、个性化、产品成本低等优点，将来可用于制备光纤连接器用的陶瓷插针、电子陶瓷器件、多孔陶瓷过滤件、陶瓷牙齿等尺寸小、形状复杂、精度高的产品。陶瓷3D打印技术在日用及建筑卫生陶瓷领域也有巨大的潜力，如艺术品陶瓷的个性化制备、浮雕状腰线砖的快速打印、洁具模具的制造、特殊形状陶瓷砖的样板订制等等。人工做一套卫生陶瓷的模具可能要花费一个月的时间，利用3D打印技术只需要一到两天。与此同时，陶瓷3D打印技术的商业化还面临着一系列的问题：产品的材料性能、机器和材料成本、成型精度及质量等等。如何有效地打印出尺寸精确、结构复杂的陶瓷物件，如何消除烧结时复杂烧结体中残余应力，如何保证烧结出致密的陶瓷制品，以及如何制备更稳定的陶瓷墨水等一系列的技术难题都需要进一步解决。
技术实现要素：
本发明提出一种3D打印光固化陶瓷浆料的制备方法，该方法制备的3D打印光固化陶瓷浆料具有分散均匀、固含量高、低黏度的特点，并能在一种光固化3D打印机中固化成型。
一种3D打印光固化陶瓷浆料的制备方法，，具体包括以下步骤：
(1)级配陶瓷粉末的表面功能化处理：称取级配氧化铝粉加入250ml烧杯中，再倒入分散剂，并加入占氧化铝粉末质量分数1％的表面改性剂，在45℃条件下磁力搅拌8h，过滤并干燥后，即得到表面功能化的级配陶瓷粉末；
(2)光固化树脂预混液的制备：将低分子量丙烯酸树脂20-50重量份，活性稀释剂50-80重量份，光引发剂1-10重量份以及助剂1-5重量份置于高速搅拌装置下以5000r/min高速搅拌混合3min，即得光固化树脂预混液；
(3)3D打印光固化陶瓷浆料的制备：将步骤(1)中的表面功能化的级配陶瓷粉末与步骤(2)中的光固化树脂预混液按质量比(50-75):(25-50)在高速搅拌装置下以5000r/min高速搅拌混合5min，即得3D打印光固化陶瓷浆料。
优选地，所述级配陶瓷粉末为粒径20-500nm的氧化铝粉末的混合物。
优选地，所述分散剂为无水乙醇。
优选地，所述表面改性剂为有机硅酸酯或有机钛酸酯偶联剂中的一种
优选地，所述低分子量丙烯酸树脂为分子量在5000-10000的丙烯酸酯类和烯烃类单体共聚而成的热塑性树脂中的至少一种。
优选地，所述活性稀释剂为丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸苯氧基乙酯中的至少一种。
优选地，所述光引发剂为自由基光引发剂，包括2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、1-羟基环己基苯基甲酮、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮、苯甲酰甲酸甲酯中的至少一种。
优选地，所述助剂为聚二甲基硅氧烷、聚醚改性聚二甲基硅氧烷、烷基改性聚有机硅氧烷、氨基改性聚有机硅氧烷、聚酯基改性聚有机硅氧烷中的至少一种。
本发明的主要目的是利用有机硅酸酯和有机钛酸酯偶联剂处理级配粒径的陶瓷粉末并将其加入可光固化的预混液中，通过高速搅拌使粉末在溶液中分散均匀，制备高固含量、低黏度的浆料，以利于在光固化3D打印机中固化成型，最后通过干燥、脱脂和烧结等后处理工艺得到陶瓷零件。目前，全球还没有真正意义上的陶瓷3D打印产业化技术，本发明将使得陶瓷在3D打印领域具备强大的技术优势。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)级配陶瓷粉末的表面功能化处理：称取20g级配氧化铝粉加入250ml烧杯中，再倒入100ml无水乙醇，并0.2g的有机硅酸酯，在45℃条件下磁力搅拌8h，过滤并干燥后，即得到表面功能化的级配陶瓷粉末。
(2)光固化树脂预混液的制备：将20份低分子量丙烯酸树脂，80份活性稀释剂，2份光引发剂以及1份助剂按一定比例置于高速搅拌装置下以5000r/min高速搅拌混合3min，即得光固化树脂预混液。
(3)3D打印光固化陶瓷浆料的制备：将步骤(1)中的表面功能化的级配陶瓷粉末与步骤(2)中的光固化树脂预混液按质量比50:50在高速搅拌装置下以5000r/min高速搅拌混合5min，即得3D打印光固化陶瓷浆料。
实施例2：
(1)级配陶瓷粉末的表面功能化处理：称取20g级配氧化铝粉加入250ml烧杯中，再倒入100ml无水乙醇，并0.2g的机钛酸酯偶联剂，在45℃条件下磁力搅拌8h，过滤并干燥后，即得到表面功能化的级配陶瓷粉末。
(2)光固化树脂预混液的制备：将20份低分子量丙烯酸树脂，80份活性稀释剂，1份光引发剂以及1份助剂按一定比例置于高速搅拌装置下以5000r/min高速搅拌混合3min，即得光固化树脂预混液。
(3)3D打印光固化陶瓷浆料的制备：将步骤(1)中的表面功能化的级配陶瓷粉末与步骤(2)中的光固化树脂预混液按质比55:45在高速搅拌装置下以5000r/min高速搅拌混合5min，即得3D打印光固化陶瓷浆料。
实施例3：
(1)级配陶瓷粉末的表面功能化处理：称取20g级配氧化铝粉加入250ml烧杯中，再倒入100ml无水乙醇，并0.2g的有机硅酸酯，在45℃条件下磁力搅拌8h，过滤并干燥后，即得到表面功能化的级配陶瓷粉末。
(2)光固化树脂预混液的制备：将50份低分子量丙烯酸树脂，50份活性稀释剂，10份光引发剂以及5份助剂按一定比例置于高速搅拌装置下以5000r/min高速搅拌混合3min，即得光固化树脂预混液。
(3)3D打印光固化陶瓷浆料的制备：将步骤(1)中的表面功能化的级配陶瓷粉末与步骤(2)中的光固化树脂预混液按质量比60:40在高速搅拌装置下以5000r/min高速搅拌混合5min，即得3D打印光固化陶瓷浆料。
实施例4：
(1)级配陶瓷粉末的表面功能化处理：称取20g级配氧化铝粉加入250ml烧杯中，再倒入100ml无水乙醇，并0.2g的有机硅酸酯，在45℃条件下磁力搅拌8h，过滤并干燥后，即得到表面功能化的级配陶瓷粉末。
(2)光固化树脂预混液的制备：将20份低分子量丙烯酸树脂，80份活性稀释剂，2份光引发剂以及1份助剂按一定比例置于高速搅拌装置下以5000r/min高速搅拌混合3min，即得光固化树脂预混液。
(3)3D打印光固化陶瓷浆料的制备：将步骤(1)中的表面功能化的级配陶瓷粉末与步骤(2)中的光固化树脂预混液按质量比65:35在高速搅拌装置下以5000r/min高速搅拌混合5min，即得3D打印光固化陶瓷浆料。
实施例5：
(1)级配陶瓷粉末的表面功能化处理：称取20g级配氧化铝粉加入250ml烧杯中，再倒入100ml无水乙醇，并0.2g的有机硅酸酯，在45℃条件下磁力搅拌8h，过滤并干燥后，即得到表面功能化的级配陶瓷粉末。
(2)光固化树脂预混液的制备：将20份低分子量丙烯酸树脂，80份活性稀释剂，2份光引发剂以及1份助剂按一定比例置于高速搅拌装置下以5000r/min高速搅拌混合3min，即得光固化树脂预混液。
(3)3D打印光固化陶瓷浆料的制备：将步骤(1)中的表面功能化的级配陶瓷粉末与步骤(2)中的光固化树脂预混液按质量比75:25在高速搅拌装置下以5000r/min高速搅拌混合5min，即得3D打印光固化陶瓷浆料。
应用本发明3D打印光固化浆料固化后得到的样品的性能试验，测试结果如下表：
从表中可以看出用本发明制作出的3D打印光固化陶瓷浆料在光固化后力学性能优异，其中氧化铝和光固化树脂样条的拉伸及冲击强度随着氧化铝含量变化而呈现增大后减小的趋势，当氧化铝含量在60％的时候拉伸及冲击强度达到最高；氧化铝和光固化树脂样条的弯曲强度和弹性模量随着氧化铝含量的增加而逐渐减小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。