一种3d打印用陶瓷材料及其制备方法

文档序号:9446193阅读:652来源:国知局
一种3d打印用陶瓷材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于复合材料领域,具体设及一种3D打印用陶瓷材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 3D打印技术的原理是叠层制造,逐层增加材料来生成=维实体的技术,所W又被 称为增材制造技术。近年来,增材制造技术发展迅速,对制造业领域影响巨大,受到世界各 国的极大关注,被誉为颠覆传统制造业的又一次工业革命,被列入我国战略性新兴产业。
[0003] 3D打印主流成型技术包括选择性激光烧结(SLS)、烙融沉淀成型(FDM)、立体光固 化(SLA)等。选择性激光烧结,由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Dechard于1989年 研制成功。采用红外激光器作能源,使用的造型材料多为粉末材料。加工时,首先将粉末预 热到稍低于其烙点的溫度,然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平;激光束在计算机控制下 根据分层截面信息进行有选择地烧结,一层完成后再进行下一层烧结,全部烧结完后去掉 多余的粉末,则就可W得到烧结好的零件。该类成型方法有着制造工艺简单,柔性度高、材 料选择范围广、材料价格便宜,成本低、材料利用率高,成型速度快等特点,2014年,GE公司 研发的飞机发动机喷嘴,把20个零件做成了一个零件,材料成本大幅度减少,还节省燃油 15%。目前市场上3D打印用激光烧结的陶瓷材料品种较少,主要依赖进口。
[0004] 单晶蓝宝石晶须(SingleC巧stalsap地ire怖isker,亦称单晶蓝宝石纤维)是 一种具有一定长径比的单晶氧化侣晶须,具有超强机械强度、抗热冲击、比重小、抗氧化、高 耐磨量和高耐腐蚀性等优异的物理性能。单晶蓝宝石晶须适合作为陶瓷、金属、塑料及橡胶 的增强组元。因此,单晶蓝宝石晶须成为第=代先进复合材料的最佳选择。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的在于提供一种3D打印用陶瓷材料及其制备方法,在氧化错陶瓷中 加入单晶蓝宝石晶须后,可W显著提高制品的弯曲弹性模量、抗拉强度,用于制备高强、高 初精细工程陶瓷。
[0006] 为实现W上目的,本发明的技术方案为: 一种3D打印用陶瓷材料,包括按重量计的如下组分: 氧化错粉末 50~150重量份 氧化错粉末处理剂 10~30重量份 分散介质 100~500重量份 单晶蓝宝石晶须 1~10重量份 稳定剂 1~10重量份 光固化剂 5~50重量份。
[0007] 所述的3D打印用陶瓷材料,各组分优选重量份数如下: 氧化错粉末 80~120重量份 氧化错粉末处理剂 20~30重量份 分散介质 100~500重量份 单晶蓝宝石晶须 1~10重量份 稳定剂 1~10重量份 光固化剂 5~30重量份。
[0008] 所述氧化错粉末为粒径50~500nm,纯度(wt%) >90%的市售单斜氧化错;所述氧化 错粉末处理剂为焦憐酸钢、=聚憐酸钢和草酸的任一种及W上;所述分散介质为去离子水 和无水乙醇的任一种及两种混合。
[0009] 所述单晶蓝宝石晶须为直径0. 1~1微米,长度为5~100微米,密度为4g/cm3,纯度 (wt%)为90-99. 9%的单晶蓝宝石晶须。
[0010] 所述稳定剂为孔203、Ce02中的任一种或两者的混合物;所述光固化剂为丙締酸 醋与聚氨醋树脂、丙締酸醋与环氧树脂的混合物之一。
[0011] 一种3D打印用陶瓷材料的制备方法,a、在加热装置中,按照配方量加入去离子水 和氧化错粉末处理剂,揽拌溶解直至氧化错粉末处理剂完全溶解制得溶液;b向步骤a制得 的溶液中加入氧化错粉末,在恒溫下揽拌1~地,充分反应后,冷却,过滤,干燥,获得处理后 的氧化错粉末;C、将稳定剂、光固化剂和单晶蓝宝石晶须按照配方量加入到无水乙醇中,在 常溫下快速揽拌2~化制得混合液;d、将步骤C制得的混合液在超声下震荡30~90min;然后 加入步骤b处理后的氧化错粉末,揽拌3~巧h;e、将上述混合粉末干燥,筛后即可获得3D打 印用陶瓷材料。
[0012]所述步骤a中所述加热溫度为50~80°C,揽拌速度为350~55化/min。
[0013] 所述步骤b中加热溫度为80 + 5 °C,揽拌速度为350~75化/min。
[0014] 步骤C、d中揽拌速度均为500~750;r/min。
[001引步骤e中干燥溫度为80~120 °C。
[0016] 使用EOSM400型号3D打印机,采用粉末烧结成型(SelectedLaserSintering, 简称化S)技术,利用激光器对粉末材料进行粉末烧结成型。所述单晶蓝宝石晶须是由东 竞深圳清华大学研究院创新中屯、单晶蓝宝石晶须团队研发制备,选择直径0.1~5微米,长 度为5~100微米的单晶蓝宝石晶须。所选单晶蓝宝石晶须密度为4g/cm3,纯度(wt%)约为 99〇/〇。
[0017] 本发明的有益效果是: 有益效果: (1) 本发明的一种3D打印用陶瓷材料具有较高的弯曲弹性模量、抗拉强度; (2) 本发明的一种3D打印用陶瓷材料具有粉体颗粒小,粒径分布窄,流动性较好,与3D 打印机成型速度匹配性较好;产品性质稳定,精度高。
[0018] (3)本发明的一种3D打印用陶瓷材料过程简单,易于工业化生产; (4)本发明的一种3D打印用陶瓷材料原料来源广泛,成本低,而且具有良好的环境效 益和经济效益。
【附图说明】
[0019] 附图1示出3D打印用陶瓷材料的制备流程图。
【具体实施方式】
[0020] 通过实施例进一步详述本发明。
[0021] 实施例1 (1)在50~80°C的加热装置中,将20重量份焦憐酸钢加入100去离子水中,350~750r/min速度下揽拌直至焦憐酸钢充分溶解。
[0022] (2)向上述溶液中加入80重量份氧化错粉末,在恒溫为80 + 5 °C下350~75化/min 揽拌比,充分反应后,冷却,过滤,干燥,获得处理后的氧化错粉末。
[0023] (3)将2重量份Y203、5重量份丙締酸醋与聚氨醋树脂(1:1)和1重量份单晶蓝宝 石晶须按照配方量加入到200重量份无水乙醇中,在常溫下W500~75化/min快速揽拌2~6 h.。(4)将上述混合液在超声下震荡30~90min。
[0024] (5)将处理后的氧化错粉末加入到上述混合液中,500~75化/min揽拌3~15h。
[00巧](6)将上述混合粉末80~120°C下干燥,筛分后即可获得3D打印用陶瓷材料。
[002引实施例2 (1)在50~80°C的加热装置中,将20重量份S聚憐酸钢加入200重量份去离子水中, 350~75化/min速度下揽拌直至S聚憐酸钢充分溶解。
[0027] (2)向上述溶液中加入90重量份氧化错粉末,在恒溫为80 + 5 °C下350~75化/min 揽拌化,充分反应后,冷却,过滤,干燥,获得处理后的氧化错粉末。
[0028] (3)将1重量份Y203、3重量份丙締酸醋与聚氨醋树脂(1:1)和3重量份单晶蓝宝 石晶须按照配方量加入到200重量份无水乙醇中,在常溫下W500~75化/min快速揽拌2~6 h. 〇
[0029] (4)将上述混合液在超声下震荡30~90min。
[0030] (5)将处理后的氧化错粉末加入到上述混
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