[發(fā)明專利]一種用于光固化成型的陶瓷膏體及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710832347.6
• 申請(qǐng)日: 2017-09-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107500736A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳甲民;陳雙;史玉升;文世峰;劉榮臻;陳安南;李晨輝;盧錦樺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/10
• 分類號(hào): C04B35/10;C04B35/48;C04B35/14;C04B35/634
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心42201
• 代理人: 周磊,曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于光固化成型的陶瓷膏體及其制備方法。

背景技術(shù)

光固化成型(Stereolithography apparatus,SLA)作為一項(xiàng)最早實(shí)用化的增材制造技術(shù)，已經(jīng)在航空航天、模具制造、珠寶首飾和醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域有了較廣泛的應(yīng)用。其基本原理是使用由計(jì)算機(jī)控制的激光束對(duì)一個(gè)平面內(nèi)液態(tài)的光敏樹(shù)脂進(jìn)行掃描，被激光束掃描的樹(shù)脂吸收激光的能量發(fā)生光聚合反應(yīng)，樹(shù)脂的分子量急劇增大而固化，從而形成二維實(shí)體；當(dāng)一層的掃描結(jié)束之后，成型平臺(tái)移動(dòng)相應(yīng)的距離，再涂層裝置在已固化的樹(shù)脂上涂布液態(tài)的光敏樹(shù)脂，激光再對(duì)光敏樹(shù)脂進(jìn)行掃描，如此重復(fù)完成三維實(shí)體的制造。在眾多的增材制造技術(shù)中，SLA由于使用流動(dòng)性較好的光敏樹(shù)脂、較小的激光光斑，使其成為精度最高、表面質(zhì)量最好的增材制造技術(shù)。

國(guó)內(nèi)已有研究人員對(duì)使用光固化技術(shù)成型陶瓷進(jìn)行了嘗試，但其使用的材料均為陶瓷漿料，其強(qiáng)調(diào)的是良好的流動(dòng)性。如西安交通大學(xué)的連芩等人(見(jiàn)專利“一種多孔鎂合金-生物陶瓷仿生復(fù)合支架及其快速成型方法”)、廣東工業(yè)大學(xué)的伍尚華等人(見(jiàn)專利“一種光固化成型的高致密陶瓷的制備方法”和“一種齒狀異形陶瓷的制備方法”)均提出了陶瓷粉體加入水基光固化預(yù)混液中制備陶瓷漿料，然后在光固化成型機(jī)中進(jìn)行成型，得到素坯后進(jìn)行干燥、脫脂、燒結(jié)得到最終的陶瓷零件。

雖然基于陶瓷漿料的光固化成型已經(jīng)有了一定的成果，但無(wú)法避免的是，傳統(tǒng)的光固化陶瓷漿料中的陶瓷顆粒容易沉降，體系穩(wěn)定性差，無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存。這一缺點(diǎn)在西安交通大學(xué)的李滌塵等人的專利“光固化快速成型陶瓷漿料磁力攪拌和液位調(diào)節(jié)裝置”中得到了體現(xiàn)。由于漿料體系容易沉淀，所以漿料必須現(xiàn)配現(xiàn)用，并在短時(shí)間內(nèi)操作完畢，否則就必須借助外界攪拌或震蕩裝置進(jìn)行漿料的重新混合，這就增大了光固化成型系統(tǒng)的復(fù)雜性。由于光固化陶瓷漿料的穩(wěn)定性差，在制造大尺寸零件或批量制造時(shí)也會(huì)發(fā)生沉降現(xiàn)象，造成零件性能不穩(wěn)定，影響零件的質(zhì)量，使得使用漿料難以制造大尺寸的陶瓷零件。同時(shí)，漿料的固相含量不能太高，太高的固相含量則會(huì)使?jié){料的粘度過(guò)大，使光固化制造過(guò)程無(wú)法正常進(jìn)行，而較低的固相含量決定了由漿料制得的素坯在后續(xù)脫脂燒結(jié)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的收縮，使得零件容易出現(xiàn)缺陷甚至報(bào)廢。傳統(tǒng)光固化用陶瓷漿料中含有較多的有機(jī)物，在脫脂時(shí)會(huì)產(chǎn)生較多的廢氣，對(duì)環(huán)境的污染較大。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有光固化陶瓷漿料存在的技術(shù)缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種用于光固化成型的陶瓷膏體及其制備方法，用于解決基于漿料的傳統(tǒng)光固化技術(shù)存在的如漿料穩(wěn)定性差、固相含量不夠高、大尺寸陶瓷樣品制備困難等問(wèn)題。

為達(dá)到以上目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于光固化成型的陶瓷膏體，其特征在于，由成分A和成分B組成，所述成分A為光固化樹(shù)脂或水基光固化預(yù)混液，成分B為陶瓷粉體，并且成分A的體積百分比為30vol％-70vol％，成分B的體積百分比為70vol％-30vol％。

優(yōu)選地，所述光固化樹(shù)脂按重量份數(shù)比包括以下組分：

其中，成分C為丙烯酸酯樹(shù)脂和/或環(huán)氧樹(shù)脂，并且丙烯酸酯樹(shù)脂為環(huán)氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、單官能團(tuán)丙烯酸酯單體、雙官能團(tuán)丙烯酸酯單體、多官能團(tuán)丙烯酸酯單體中的一種或多種，環(huán)氧樹(shù)脂為縮水甘油醚類環(huán)氧樹(shù)脂、縮水甘油酯類環(huán)氧樹(shù)脂或脂肪族環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或多種，光引發(fā)劑為自由基光引發(fā)劑和/或陽(yáng)離子光引發(fā)劑，分散劑A為檸檬酸銨、聚丙烯酸銨、聚丙烯酸鈉、四甲基氫氧化銨、二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、六偏磷酸鈉、油酸、硬脂酸中的一種或多種，溶劑A為無(wú)水乙醇、丙三醇、丙酮中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述水基光固化預(yù)混液按重量份數(shù)比包括以下組分：

其中，有機(jī)溶質(zhì)為丙烯酰胺和N-N’亞甲基雙丙烯酰胺按照重量比10-30:1混合而成，所述光引發(fā)劑為自自由基光引發(fā)劑，所述分散劑B為檸檬酸銨、聚丙烯酸銨、聚丙烯酸鈉、四甲基氫氧化銨、二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、六偏磷酸鈉、油酸、硬脂酸中的一種或多種，溶劑B為去離子水、無(wú)水乙醇、丙三醇、丙酮中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述陶瓷粉體為氧化鋁、氧化鋯、氧化鋅、氧化鈮、二氧化硅、二氧化鈦、碳化硅、碳化硼、碳化鎢、氮化硅、三磷酸鈣、羥基磷灰石、高嶺土中的一種或多種。

按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種用于光固化成型的陶瓷膏體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.對(duì)陶瓷粉體進(jìn)行前處理；

S2.配制光固化樹(shù)脂或水基光固化預(yù)混液；