一种陶瓷料浆及陶瓷材料3d打印成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及3D打印技术领域，具体涉及一种陶瓷料浆及陶瓷材料3D打印成型方法。
【背景技术】
[0002]3D打印制造技术(学术界称为增量制造、增材制造、快速原型、快速制造)是指基于离散材料逐层堆积成形的原理，通过CAD设计数据采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术。相对于传统的材料去除(切削加工)技术，是一种“自上而下”材料累加的制造方法。3D打印制造技术不需要传统的刀具、夹具及多道加工工序，利用三维设计数据再一台设备上可快速而精确地制造出任意复杂形状的零件，从而实现“自由制造”，解决许多过去难以制造的复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且越是复杂结构的产品，其制造的速度作用越显著。
[0003]作为3D打印技术的关键，材料的研发与应用受到发达国家的高度重视，他们纷纷出台各项利好政策，鼓励加大材料的研发投入。目前3D打印材料比较有限，大多质量不稳定、品种较为单一，多为石膏、塑料、可粘接的粉末颗粒、树脂等，其制造精度、复杂性和强度等难以达到较高的要求，一般只能应用于模型、玩具等产品领域。
【发明内容】
[0004]本申请实施例通过提供一种陶瓷料浆及陶瓷材料3D打印成型方法，解决了现有技术中3D打印材料质量不稳定、品种较为单一、难以打印复杂和高强度产品的问题，提高了 3D打印材料的质量和强度，在室温下即可实现复杂和高强度产品的3D打印，实现了 3D打印材料的通用性，同时丰富了 3D打印材料的种类。
[0005]为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案:
[0006]—方面，本发明实施例提供了一种陶瓷料浆，由分散相和连续相组成；所述分散相为陶瓷粉体或陶瓷粉体和助剂的组合；所述连续相由分散介质、分散剂和粘结剂组成，所述分散介质为莰烯。
[0007]作为优选，所述陶瓷粉体为碳化物陶瓷微粉、氧化物陶瓷微粉或氮化物陶瓷微粉。
[0008]作为优选，所述陶瓷粉体为碳化物陶瓷微粉时，所述助剂为炭黑；所述陶瓷粉体为氧化物陶瓷微粉时，所述助剂为二氧化硅或/和氧化钡；所述陶瓷粉体为氮化物陶瓷微粉时，所述助剂为三氧化二钇或/和三氧化二硼。
[0009]作为优选，所述分散剂为改性聚酯类分散剂；所述粘结剂为聚苯乙烯或石蜡。
[0010]作为优选，所述分散剂的质量为陶瓷粉体质量的2% -15% ;所述粘结剂的质量为陶瓷粉体质量的0.5% -5% ;所述助剂的质量为陶瓷粉体质量的1% -10%。
[0011]作为优选，所述陶瓷料浆中分散相的体积分数为35% -55%。
[0012]作为优选，所述陶瓷料浆通过将其原料混合并球磨制得；所述球磨时的温度为50-60°C，球磨时间为6-24h。
[0013]另一方面，本发明实施例还提供了一种陶瓷材料3D打印成型方法，包括以下步骤:
[0014](1)建立产品的三维模型，并对模型进行分层切片处理，再建立3D打印程序并设定相关参数；
[0015](2)根据建立的3D打印程序，将陶瓷料浆进行逐层打印，得到模型胚体；
[0016](3)将所述模型胚体先进行热解碳化或排胶，再进行烧结，得到陶瓷材料制品；
[0017]其中，所述陶瓷料浆为上述的陶瓷料浆。
[0018]作为优选，所述步骤(1)中设定的相关参数包括打印层厚、打印速度、储存陶瓷料浆的储料罐的温度和压力、以及输出陶瓷料浆的输料管道的温度。
[0019]作为优选，所述打印层厚为0.2-1.0mm ;所述打印速度为50_80mm/s ;所述储料罐的温度为50-60°C ;所述储料罐的压力为0.01-0.1MPa ;所述输料管道的温度为50_60°C。
[0020]本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点:
[0021]1、本申请实施例提供的陶瓷料浆以莰烯为分散介质，在室温状态下即可固化，能在室温下实现陶瓷材料的3D打印制造，降低了对打印设备和环境的要求，且操作简单，干燥快，缩短了陶瓷产品的研制周期，降低了生产成本；
[0022]2、采用本申请实施例提供的陶瓷料浆通过3D打印成形的胚体强度高、致密性和均勾性好，可实现各种尺寸和结构复杂以及尚强度广品的3D打印，提尚了 3D打印材料的质量和强度，实现了 3D打印材料的通用性，且丰富了 3D打印材料的种类。
【具体实施方式】
[0023]下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
[0024]实施例1
[0025](1)称取98g莰稀，230g碳化硅F1200微粉，5gCH_5，20g炭黑，2.6g聚苯乙烯进行混合，采用尼龙球磨罐、氧化锆球作为球磨介质进行球磨，采用电热鼓风干燥箱保持球磨时的温度为60°C，球磨时间为6h，制得200ml分散相体积分数为40%的陶瓷料浆；
[0026](2)通过相关软件建立产品的三维模型，并对模型进行分层切片处理，建立3D打印程序，并设定打印层厚为0.8mm，打印速度为70mm/s，输出陶瓷料浆的输料管道的温度为60°C，储存陶瓷料浆的储料罐的温度为60°C，压力为0.03MPa ;
[0027](3)启动3D打印设备，读取3D打印程序，将输料管道和储料罐预热到设定温度，并将制备的陶瓷料浆装进储料罐中；启动打印喷头上的鼓风喷头，打印喷头先沿着X轴和Y轴方向的导轨滑行，按照3D打印程序在工作面板上喷射上述陶瓷料浆，完成第一层截面的打印之后，打印喷头沿着Z轴向上升一个层厚，按照3D打印程序的设定，进行第二层的打印过程，重复上述过程，根据三维模型的切片分层程序，逐层打印完成三维模型，得到模型坯体；
[0028](4)将模型胚体先在真空热解炉内进行热解碳化，其工艺为:先以2.5°C /min的升温速率升至150°C，再以1.5°C /min的升温速率升至1000°C，然后保温lh ;再将热解碳化后的模型胚体在真空反应烧结炉中进行渗硅反应烧结，烧结时在石墨坩祸里铺上硅颗粒，将热解碳化后的模型坯体放置在硅颗粒上，硅颗粒的质量为模型坯体质量的1倍，烧结的温度为1550°C，烧结保温时间为1小时，模型胚体烧结完后，随炉冷却至室温，得到碳化硅陶瓷制品Ο
[0029]实施例2
[0030](1)称取80g莰烯，250g碳化硼微粉，37.5gCH-6，7.2g聚苯乙烯进行混合，采用尼龙球磨罐、氧化锆球作为球磨介质进行球磨，采用电热鼓风干燥箱保持球磨时的温度为55°C，球磨时间为12h，制得200ml分散相体积分数为50%的陶瓷料浆；
[0031](2)通过相关软件建立产品的三维模型，并对模型进行分层切片处理，建立3D打印程序，并设定打印层厚为1.0mm，打印速度为75mm/s，输出陶瓷料浆的输料管道的温度为60°C，储存陶瓷料浆的储料罐的温度为60°C，压力为0.05MPa ;
[0032](3)按照与实施例1的步骤(3)相同的操作对陶瓷料浆进行逐层打印，得到模型坯体；
[0033](4)将模型胚体先在真空热解炉内进行热解碳化，其工艺为:先以2.5°C /min的升温速率升至150°C，再以1.5°C /min的升温速率升至1000°C，然后保温lh ;再将热解碳化后的模型胚体在真空反应烧结炉中进行渗硅反应烧结，烧结时在石墨坩祸里铺上硅颗粒，将热解碳化后的模型坯体放置在硅颗粒上，硅颗粒的质量为模型坯体质量的1倍，烧结的温度为1550°C，烧结保温时间为1小时，模型胚体烧结完后，随炉冷却至室温，得到碳化硼陶瓷制品Ο
[0034]实施例3
[0035](1)称取95g莰稀，250g氧化铝微粉，2.5g 二氧化硅，8gCH_3，1.25g聚苯乙烯进行混合，采用尼龙球磨罐、氧化锆球作为球磨介质进行球磨，采用电热鼓风干燥箱保持球磨时的温度为50°C，球磨时间为12h，制得200ml分散相体积分数为42%的陶瓷料浆；
[0036](2)通过相关软件建立产品的三维模型，并对模型进行分层切片处理，建立3D打印程序，并设定打印层厚为1.0_，打印速度为50mm/s，输出陶瓷料浆的输料管道的温度为55°C，储存陶瓷料浆的储料罐的温度为55°C，压力为0.1MPa ;
[0037](3)按照与实施例1的步骤(3)相同的操作对陶瓷料浆进行逐层打印，得到模型坯体；
[0038](4)将模型胚体先在马弗炉内进行排胶，其工艺为:先以2.5°C /min的升温速率升至150°C，再以1.5°C /min的升温速率升至850°C，然后保温4h ;再将热解碳化后的模型胚体在高温炉中进行烧结，烧结的温度为1200°C，烧结保温时间为4h，模型胚体烧结完后，随炉冷却至室温，得到氧化铝陶瓷制品。
[0039]实施例4
[0040](1)称取74g莰稀，550g氧化锆微粉，16.5g氧化钡，24gCH_5，3.2g石蜡进行混合，采用尼龙球磨罐、氧化锆球作为球磨介质进行球磨，采用电热鼓风干燥箱保持球磨时的温度为50°C，球磨时间为24h，制得200ml分散相体积分数为55%的陶瓷料浆；
[0041](2)通过相关软件建立产品的三维模型，并对模型进行分层切片处理，建立3D打印程序，并设定打印层厚为0.2mm,打印速度为50mm/s，输出陶瓷料浆的输料管道的温度为50°C，储存陶瓷料浆的储料罐的温度为50°C，压力为0.0lMPa ;
[0042](3)按照与实施例1的步骤(3)相同的操作对陶瓷料浆进行逐层打印，得到模型坯体；
[0043](4)将模型胚体先在马弗炉内进行排胶，其工艺为:先以2.5°C /min的升温速率升至150°C，再以1.5°C /min的升温速率升至850°C，然后保温4h ;再将热解碳化后的模型胚体在高温炉中进行烧结，烧结的温度为1200°C，烧结保温时间为4h，模型胚体烧结完后，随炉冷却至室温，得到氧化锆陶瓷制品。
[0044]实施例5
[0045](1)称取105g莰稀，235g氮化铝微粉，4.7gCH_6，13.5g三氧化二钇，10g三氧化二硼，11.75g石蜡进行混合，采用尼龙球磨罐、氧化锆球作为球磨介质进行球磨，采用电热鼓风干燥箱保持球磨时的温度为52°C，球磨时间为24h，制得200ml分散相体积分数为35 %的陶瓷料楽.;
[0046](2)通过相关软件建立产品的三维模型，并对模型进行分层切片处理，建立