本发明涉及一种氧化锆增强3D打印陶瓷浆料及其制备方法。
背景技术：
氧化锆陶瓷材料具有高温强度突出、耐磨性能优越、隔热性好、密度低和防腐性能佳五大优势，在众多性能各异的工程材料中独树一帜。但由于陶瓷材料硬度高、韧性差、可加工性差，高精度、复杂陶瓷构件加工难度大，成本高，因此复杂的陶瓷零件多采用胶态成形工艺制造，但是这类工艺需要模具使陶瓷浆料成形，而复杂零件的模具制造周期长、成本高，影响成形精度的工艺因素多，无法满足单件小批生产和零件原型制造的需求。
随着3D打印技术的发展，人们开始研究利用3D打印技术来制造具有复杂形状的陶瓷元件。基于快速成形的陶瓷零件直接制造工艺无需模具，可缩短制造周期，降低制造成本，因此成为陶瓷材料成形研究的热点。陶瓷光固化技术是将陶瓷粉末加入可光固化的溶液中，通过高速搅拌使陶瓷粉末在溶液中分散均匀，制得高固相含量、低粘度的陶瓷浆料，然后使陶瓷浆料在光固化成型机上直接逐层固化，累加得到陶瓷零件素坯，最后通过干燥、脱脂和烧结等后处理工艺得到陶瓷零件。
技术实现要素：
本发明提出一种氧化锆增强3D打印陶瓷浆料及其制备方法，制备的3D打印光固化陶瓷浆料具有分散均匀、固含量高、黏度低、强度高的特点，并能通过光固化3D打印机固化成型。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种氧化锆增强3D打印陶瓷浆料，包括以下质量百分比的原料：
氧化锆 50％～75％；
光固化树脂 25％～50％；
其他助剂 0～5％。
优选地，所述氧化锆的粒径为20～500nm。
优选地，按重量份计，所述光固化树脂由低聚物20-50份、活性稀释剂50-80份、光引发剂1-10份、助剂1-5份组成。
优选地，所述低聚物为环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯中的至少一种。
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。
优选地，所述其他助剂为有机硅酸酯、有机钛酸酯偶联剂中的至少一种。
一种氧化锆增强3D打印陶瓷浆料的制备方法，包括以下步骤：
(1)用有机硅酸酯、有机钛酸酯偶联剂在溶液中对氧化锆进行表面处理，处理时间8h，温度45℃；
(2)将低聚物、活性稀释剂、光引发剂、助剂按比例混合均匀后待用；
(3)按配比称取原料；
(4)将过滤干燥后的氧化锆、光固化树脂置于高混搅拌机中，高速搅拌混合5-10分钟。
本发明产生的有益效果为：利用光固化3D打印机将陶瓷浆料固化成型，经烧结后得到硬度高、韧性较强、高精度的陶瓷器件，以此节约时间和成本。
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。
氧化锆陶瓷粉末改性处理：将称量好的级配氧化锆粉末放入一定量的烧杯中，再倒入适量无水乙醇，对其进行超声处理，超声时间为2-15分钟，制得氧化锆混合溶液待用。再加入质量分数1％左右的有机硅酸酯或有机钛酸酯偶联剂中至少一种至氧化锆溶液中，在45℃左右条件下磁力搅拌6-15小时，最后干燥，得到表面功能化的陶瓷粉末。
制备由氧化锆粉末与光固化树脂预混液构成的混合浆料：将上述表面功能化的陶瓷粉末与光固化树脂预混液按固含量为50％-75％混合搅拌得到分散均匀、固含量高、黏度低的3D打印光固化陶瓷浆料。
性能评价方式及实行标准：
将按上述方法制得的浆料在3D打印机上逐层固化，制成测试样条。拉伸性能测试按照GB/T 1040.1-2006进行；弯曲性能测试按照GB/T 9341-2000进行；简支梁缺口冲击强度按照GB/T 1040—1992进行。
测试结果如下表：
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。