一种用于3D打印的陶瓷球形料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及3d打印所用的球形料的制备，具体涉及一种用于3d打印的陶瓷球形料及其制备方法与应用。

背景技术：

随着陶瓷3d打印技术尤其是选区激光烧结技术(sls)和紫外光固化技术(sla)的发展，对陶瓷粉料原料也提出了新的要求，即陶瓷粉料的球形化。球形粉料颗粒堆积时接触面小，粒子间空隙少，粉料的松装密度、振实密度和流动性均得到显著提高，球形粉料具有更高的比表面积，反应活性也高。在紫外光固化技术成型过程中，由于球的表面流动性好，与光固化树脂搅拌均匀，树脂添加量小，并且流动性最好，粉料的填充量可达到90％以上，有利于陶瓷的致密化。

目前制备陶瓷球形粉料的方法包括高温熔融喷射法、气体火焰法、等离子体法等物理方法和气相法、液相法(溶胶凝胶法、沉淀法、微乳液法)等化学方法。化学法存在工艺复杂、过程不易控制、制备的球形粉料容积密度低、成本普遍较高等问题。物理方法可以获得容积密度高旳球形粉料，但要求加热装置有稳定的温度场、易于调节的温度范围、清洁的热源环境(确保陶瓷粉不受二次污染)。火焰法由于温度局限性，不易获得高球化率和无定形率；高温熔融喷射法在纯度和粒度控制方面存在不足。射频等离子体球化制粉技术与其它方法相比，其显著优点是：放电区体积较大，能量高。有关射频等离子球化技术制备3d打印用的陶瓷球形料目前还未见报道。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种用于3d打印的陶瓷球形料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于3d打印的陶瓷球形料的制备方法，包括以下步骤：配料、球磨、干燥、过筛、射频等离子体球化。

优选的：所述射频等离子体球化过程中：工作气流量20～30l/min，边气流量85～120l/min，加料速率5～35g/min，系统压力65～90kpa，等离子功率75～90kw。

优选的：所述射频等离子体球化过程中：工作气流量20～30l/min，边气流量100～120l/min，加料速率15～35g/min，系统压力65～90kpa，等离子功率85～90kw。

优选的：所述过筛30～60目筛。

优选的：所述陶瓷球形料为al2o3(熔点2054℃)、sio2(熔点1650±50℃)、zro2(熔点2700℃)、tic(熔点3067℃)、zrb(熔点3040℃)、羟基磷灰石(熔点1650℃)或磷酸三钙(熔点1670℃)。

本发明的目的之二是提供一种由上述任一方法制备得到的陶瓷球形料，该陶瓷球形料的粒径范围为0.5～20μm，球化率为95-100％。

本发明的目的之三是提供一种由上述任一方法制备得到的球形料在3d打印中的应用。

本发明的目的之四是提供一种由上述任一方法制备得到的球形料制备得到的产品，优选的：由上述任一方法制备得到的球形料通过3d打印的方式制备得到的产品。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)形状不规则的陶瓷颗粒被载气通过加料枪喷入等离子体弧后，在辐射、对流、传导和化学四种传热机制作用下，被迅速加热(最高温度可达10000k)而熔化，熔融的颗粒在表面张力的作用下形成球形度很高的液滴，并在极高的温度梯度下迅速凝固，形成球形的颗粒。

(2)射频等离子技术虽然是一种已知的技术，但其在3d打印领域的应用主要局限在金属及其合金的球形料制备，本发明首次使用射频等离子技术来制备适用于3d打印用陶瓷球形料，通过球化参数的综合调节，该球形料可实现颗粒级配(大颗粒：中颗粒＝1:7～2:5，或大颗粒：小颗粒＝1:2～2:3，或中颗粒：小颗粒＝5:3～7:2，或大颗粒：中颗粒：小颗粒＝1:7:2-2:5:3)，其中，10μm≤大颗粒≤20μm，2μm≤中颗粒＜10μm，0.5μm≤小颗粒＜2μm；

(3)陶瓷颗粒的形貌及尺寸对陶瓷坯体的3d打印成型效果和烧结性能非常重要，颗粒形貌越接近球形，表面流动性越好，陶瓷的3d打印成型效果越好，并且颗粒级配的陶瓷粉末可实现紧密堆积从而利于其坯体的致密化烧结，本发明方法制备的球形料球化率高，并且颗粒级配适合3d打印，有利于坯体致密化的烧结。

附图说明

图1为实施例1制备得到的sio2陶瓷球形料显微结构图；

图2为实施例2制备得到的al2o3陶瓷球形料显微结构图；

图3为实施例3制备得到的zro2陶瓷球形料显微结构图；

图4为实施例4制备得到的tic陶瓷球形料显微结构图；

图5为实施例5制备得到的zrb陶瓷球形料显微结构图；

图6为实施例6制备得到的羟基磷灰石陶瓷球形料显微结构图；

图7为实施例7制备得到的磷酸三钙陶瓷球形料显微结构图。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种用于3d打印的陶瓷球形料的制备方法，步骤如下：

步骤1：称取一定量的待球化sio2陶瓷粉末，按照料：球：水＝1:2:3的质量比例，球磨12h；

步骤2：将待球化sio2陶瓷粉料出磨，置于烘箱中干燥至恒重；

步骤3：过筛：将干燥后的陶瓷粉料过45目筛；

步骤4：射频等离子球化：将过筛后陶瓷粉料加入射频等离子体球化制粉设备中，调节设备参数：工作气流量25l/min，边气流量110l/min，加料速率20g/min，系统压力80kpa，等离子功率80kw。

步骤5：陶瓷球形料的收集，以及粒径和球化率测试。

如图1所示，所制备的sio2陶瓷球形料粒径1.6-10μm，球化率95％。

实施例2

一种用于3d打印的陶瓷球形料的制备方法，步骤如下：

步骤1：称取一定量的待球化al2o3陶瓷粉末，按照料：球：水＝1:2:3的质量比例，球磨10h；

步骤2：将待球化al2o3陶瓷粉料出磨，置于烘箱中干燥至恒重；

步骤3：过筛：将干燥后的陶瓷粉料过50目筛；

步骤4：射频等离子球化：将过筛后陶瓷粉料加入射频等离子体球化制粉设备中，调节设备参数：工作气流量20l/min，边气流量100l/min，加料速率15g/min，系统压力70kpa，等离子功率85kw。

步骤5：陶瓷球形料的收集，以及粒径和球化率测试。

如图2所示，所制备的al2o3陶瓷球形料粒径0.5-3.5μm，球化率100％。

实施例3

一种用于3d打印的陶瓷球形料的制备方法，步骤如下：

步骤1：称取一定量的待球化zro2陶瓷粉末，按照料：球：水＝1:3:3的质量比例，球磨14h；

步骤2：将待球化zro2陶瓷粉料出磨，置于烘箱中干燥至恒重；

步骤3：过筛：将干燥后的陶瓷粉料过60目筛；

步骤4：射频等离子球化：将过筛后陶瓷粉料加入射频等离子体球化制粉设备中，调节设备参数：工作气流量30l/min，边气流量100l/min，加料速率15g/min，系统压力85kpa，等离子功率90kw。

步骤5：陶瓷球形料的收集，以及粒径和球化率测试。

如图3所示，所制备的zro2陶瓷球形料粒径0.5-2.5μm，球化率100％。

实施例4

一种用于3d打印的陶瓷球形料的制备方法，步骤如下：

步骤1：称取一定量的待球化tic陶瓷粉末，按照料：球：水＝1:2:4的质量比例，球磨15h；

步骤2：将待球化tic陶瓷粉料出磨，置于烘箱中干燥至恒重；

步骤3：过筛：将干燥后的陶瓷粉料过35目筛；

步骤4：射频等离子球化：将过筛后陶瓷粉料加入射频等离子体球化制粉设备中，调节设备参数：工作气流量23l/min，边气流量110l/min，加料速率20g/min，系统压力65kpa，等离子功率90kw。

步骤5：陶瓷球形料的收集，以及粒径和球化率测试。

如图4所示，所制备的tic陶瓷球形料粒径5.3-11.7μm，球化率100％。

实施例5

一种用于3d打印的陶瓷球形料的制备方法，步骤如下：

步骤1：称取一定量的待球化zrb陶瓷粉末，按照料：球：水＝1:4:3的质量比例，球磨9h；

步骤2：将待球化zrb陶瓷粉料出磨，置于烘箱中干燥至恒重；

步骤3：过筛：将干燥后的陶瓷粉料过45目筛；

步骤4：射频等离子球化：将过筛后陶瓷粉料加入射频等离子体球化制粉设备中，调节设备参数：工作气流量28l/min，边气流量100l/min，加料速率15g/min，系统压力90kpa，等离子功率83kw。

步骤5：陶瓷球形料的收集，以及粒径和球化率测试。

如图5所示，所制备的zrb陶瓷球形料粒径1-8μm，球化率100％。

实施例6

一种用于3d打印的陶瓷球形料的制备方法，步骤如下：

步骤1：称取一定量的待球化羟基磷灰石陶瓷粉末，按照料：球：水＝1:4:5的质量比例，球磨18h；

步骤2：将待球化羟基磷灰石陶瓷粉料出磨，置于烘箱中干燥至恒重；

步骤3：过筛：将干燥后的陶瓷粉料过60目筛；

步骤4：射频等离子球化：将过筛后陶瓷粉料加入射频等离子体球化制粉设备中，调节设备参数：工作气流量22l/min，边气流量110l/min，加料速率15g/min，系统压力75kpa，等离子功率85kw。

步骤5：陶瓷球形料的收集，以及粒径和球化率测试。

如图6所示，所制备的羟基磷灰石陶瓷球形料粒径1.0-5.7μm，球化率100％。

实施例7

一种用于3d打印的陶瓷球形料的制备方法，步骤如下：

步骤1：称取一定量的待球化磷酸三钙陶瓷粉末，按照料：球：水＝1:2:3的质量比例，球磨12h；

步骤2：将待球化磷酸三钙陶瓷粉料出磨，置于烘箱中干燥至恒重；

步骤3：过筛：将干燥后的陶瓷粉料过50目筛；

步骤4：射频等离子球化：将过筛后陶瓷粉料加入射频等离子体球化制粉设备中，调节设备参数：工作气流量25l/min，边气流量100l/min，加料速率20g/min，系统压力80kpa，等离子功率80kw。

步骤5：陶瓷球形料的收集，以及粒径和球化率测试。

如图7所示，所制备的磷酸三钙陶瓷球形料粒径1.3-10μm，球化率95％。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。