[發(fā)明專利]一種陶瓷基3D打印材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510588765.6
• 申請(qǐng)日: 2015-09-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105237022A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬暢君;吳韜;金磊;馮曉野;范璐;邊炳勝;韋家波;維克托;卡門;韋恩;劉仁辰;米蓋爾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東莞深圳清華大學(xué)研究院創(chuàng)新中心;東莞紐卡新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/81
• 分類號(hào): C04B35/81;C04B35/10;C04B35/63
• 代理公司: 東莞市冠誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44272
• 代理人: 張作林

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種陶瓷基3D打印材料及其制備方法。

背景技術(shù)

氧化鋁陶瓷是氧化物陶瓷中應(yīng)用最廣泛、產(chǎn)量最大的陶瓷材料。氧化鋁陶瓷具有優(yōu)良的絕緣性、機(jī)械性能、耐高溫性能和抗磨損性能，用于制造刀具、球閥、磨輪、陶瓷釘、軸承等，在陶瓷刀具、電子電力和航空航天上得到廣泛應(yīng)用。

單晶藍(lán)寶石晶須(SinglecrystalsapphireWhisker，亦稱單晶藍(lán)寶石纖維)是一種具有一定長(zhǎng)徑比的單晶氧化鋁晶須，具有超強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度、抗熱沖擊、比重小、抗氧化、高耐磨量和高耐腐蝕性等優(yōu)異的物理性能。單晶藍(lán)寶石晶須適合作為陶瓷、金屬、塑料及橡膠的增強(qiáng)組元。因此，單晶藍(lán)寶石晶須成為第三代先進(jìn)復(fù)合材料的最佳選擇。

3D打印技術(shù)的原理是疊層制造，逐層增加材料來(lái)生成三維實(shí)體的技術(shù)，所以又被稱為增材制造技術(shù)。近年來(lái)，增材制造技術(shù)發(fā)展迅速，對(duì)制造業(yè)領(lǐng)域影響巨大，受到世界各國(guó)的極大關(guān)注，被譽(yù)為顛覆傳統(tǒng)制造業(yè)的又一次工業(yè)革命，被列入我國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

3D打印主流成型技術(shù)包括選擇性激光燒結(jié)（SLS）、熔融沉淀成型（FDM）、立體光固化（SLA）等。選擇性激光燒結(jié)，由美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的C.R.Dechard于1989年研制成功。采用激光器作能源，使用的造型材料多為粉末材料。加工時(shí)，首先將粉末預(yù)熱到稍低于其熔點(diǎn)的溫度，然后在刮平棍子的作用下將粉末鋪平；激光束在計(jì)算機(jī)控制下根據(jù)分層截面信息進(jìn)行有選擇地?zé)Y(jié)，一層完成后再進(jìn)行下一層燒結(jié)，全部燒結(jié)完后去掉多余的粉末，則就可以得到燒結(jié)好的零件。該類成型方法有著制造工藝簡(jiǎn)單，柔性度高、材料選擇范圍廣、材料價(jià)格便宜，成本低、材料利用率高，成型速度快等特點(diǎn)，2014年，GE公司研發(fā)的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴，把20個(gè)零件做成了一個(gè)零件，材料成本大幅度減少，還節(jié)省燃油15%。目前市場(chǎng)上3D打印用激光燒結(jié)的陶瓷材料品種較少，主要依賴進(jìn)口。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種陶瓷基3D打印材料及其制備方法，在氧化鋁陶瓷中加入單晶藍(lán)寶石晶須后，可以顯著提高制品的彎曲彈性模量、抗拉強(qiáng)度，具有高強(qiáng)度、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕等多種性能，用于制備高強(qiáng)、高韌精細(xì)工程陶瓷，例如制備超音速飛機(jī)的噴嘴、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的墊圈等。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種陶瓷基3D打印材料，包括按重量計(jì)的如下組分：

氧化鋁粉末100重量份

氧化鋁粉末處理劑3~20重量份

分散介質(zhì)100~500重量份

單晶藍(lán)寶石晶須1~20重量份

穩(wěn)定劑1~20重量份

光固化劑5~20重量份。

所述的陶瓷基3D打印材料，各組分優(yōu)選重量份數(shù)如下：

氧化鋁粉末100重量份

氧化鋁粉末處理劑5~15重量份

分散介質(zhì)100~500重量份

單晶藍(lán)寶石晶須1~10重量份

穩(wěn)定劑1~10重量份

光固化劑5~10重量份。

所述氧化鋁粉末為粒徑100~1000nm，純度（wt%）>90%的市售單斜氧化鋁，所述氧化鋁粉末處理劑為焦磷酸鈉、三聚磷酸鈉或偏磷酸鈉的任一種及以上；所述分散介質(zhì)為去離子水和無(wú)水乙醇的任一種及兩種混合。

所述單晶藍(lán)寶石晶須為直徑0.1~1微米，長(zhǎng)度為5~100微米，密度為4g/cm3，純度（wt%）為90-99.9%的單晶藍(lán)寶石晶須。

所述穩(wěn)定劑為Yb₂O₃、Sm₂O₃中的任一種或兩者的混合物；所述光固化劑為聚合度為1~1000的環(huán)氧丙烯酸酯類聚合物或聚合度為1~1000的甲基丙烯酸聚氨酯聚合物。

一種陶瓷基3D打印材料的制備方法，a、在加熱裝置中，按照配方量加入去離子水和氧化鋁粉末處理劑，攪拌溶解直至氧化鋁粉末處理劑完全溶解；b向步驟a制得的溶液中加入氧化鋁粉末，在恒溫下攪拌1~4h，充分反應(yīng)后，冷卻，過(guò)濾，干燥，獲得處理后的氧化鋁粉末；c、將穩(wěn)定劑、光固化劑和單晶藍(lán)寶石晶須按照配方量加入到無(wú)水乙醇中，在常溫下快速攪拌2~6h制得混合液；d、將步驟c制得的混合液在超聲下震蕩30~90min；然后加入步驟b處理后的氧化鋁粉末，攪拌3~15h；e、將上述混合粉末干燥，篩后即可獲得陶瓷基3D打印材料。

所述步驟a中所述加熱溫度為50~80℃，攪拌速度為350~550r/min。

所述步驟b中加熱溫度為80±5℃，攪拌速度為350~750r/min