[發明專利]一種用于3DP成型TiB2復合陶瓷粉體的制備方法

在審

• 申請號: 201810181054.0
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108264356A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 李慧芝;趙淑英;盧燕
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C04B35/58
• 分類號: C04B35/58;C04B35/626;C04B35/632;C04B35/636;B28B1/00;B33Y70/00;B33Y10/00
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 高強

本發明公開了一種用于3DP成型TiB₂復合陶瓷粉體的制備方法，其特征在于，采用三異硬脂酸鈦酸異丙酯改性二硼化鈦和氮化硅粉體表面，得到預處理TiB₂復合陶瓷粉體；采用檸檬酸胺與黃原膠配制制凝膠溶液；然后，在反應器中，按質量百分比加入，預處理TiB₂復合陶瓷粉體：35%~40%，凝膠溶液：59%~64%，硼砂：0.5%~2%，各組分之和為百分之百，強力攪拌40~50min，噴霧干燥，得到用于3DP成型TiB₂復合陶瓷粉體，其粒徑在60~100μm范圍內。該材料在三維印刷3D打印機上可直接成型，球形度高，流動性好，成型精度高，而且具有制備工藝簡單，條件易于控制，生產成本低，易于工業化生產。

技術領域

本發明涉及一種用于三維印刷（3DP）工藝快速成型粉體材料的制備方法，屬于快速成型的材料領域，特別涉及一種用于3DP成型TiB₂復合陶瓷粉體的制備方法及應用。

背景技術

二硼化鈦粉末是灰色或灰黑色的，具有六方(AlB2)的晶體結構。它的熔點是2980℃，有很高的硬度。二硼化鈦在空氣中抗氧化溫度可達1000℃，在HCl和HF酸中穩定。二硼化鈦主要用于制備復合陶瓷制品。由于其可抗熔融金屬的腐蝕，可用于熔融金屬坩鍋和電解池電極的制造。復合材料通常具有不同材料相互取長補短的良好綜合性能。復合材料兼有兩種或兩種以上材料的特點，能改善單一材料的性能，如提高強度、增加韌性和改善介電性能等。作為高溫結構材料用的陶瓷復合材料，主要用于宇航，軍工等部門。此外，在機械、化工、電子技術等領域也廣泛采用各種陶瓷復合材料。復合陶瓷材料?？勺鳛槎嘣獜秃喜牧系闹匾M元，與 TiC，TiN，SiC 等材料組成復合材料，制作各種耐高溫部件及功能部件，如高溫坩堝、引擎部件等。也是制作裝甲防護材料的最好材料之一。

三維印刷（3DP）工藝，就是今天的3D打印，是美國麻省理工學院Emanual Sachs等人研制的。E.M.Sachs于1989年申請了3DP（Three-Dimensional Printing）專利，該專利是非成形材料微滴噴射成形范疇的核心專利之一。3DP工藝與SLS工藝類似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結連接起來的，而是通過噴頭用粘接劑（如硅膠）將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接劑粘接的零件強度較低，還須后處理。具體工藝過程如下：上一層粘結完畢后，成型缸下降一個距離（等于層厚：0.013～0.1mm）,供粉缸上升一高度，推出若干粉末，并被鋪粉輥推到成型缸，鋪平并被壓實。噴頭在計算機控制下，按下一建造截面的成形數據有選擇地噴射粘結劑建造層面。鋪粉輥鋪粉時多余的粉末被集粉裝置收集。如此周而復始地送粉、鋪粉和噴射粘結劑，最終完成一個三維粉體的粘結。未被噴射粘結劑的地方為干粉，在成形過程中起支撐作用，且成形結束后，比較容易去除。但這種成型工藝也有一定的局限性，膠粘劑的用量大，不好控制，膠粘劑容易堵塞噴頭。

黃原膠又稱黃膠、漢生膠，是一種由黃單胞桿菌發酵產生的細胞外酸性雜多糖。是由D-葡萄糖、D-甘露糖和D-葡萄糖醛酸按2:2:1組成的多糖類高分子化合物，相對分子質量在100萬以上。黃原膠為淺黃色至白色可流動粉末，稍帶臭味。易溶于冷、熱水中，溶液中性，耐凍結和解凍，不溶于乙醇。遇水分散、乳化變成穩定的親水性粘稠膠體。黃原膠是目前國際上集增稠、懸浮、乳化、穩定于于一體．性能最優越的生物膠。黃原膠的分子側鏈末端含有丙酮酸基團的多少，對其性能有很大影響。黃原膠具有長鏈高分子的一般性能，但它比一般高分子含有較多的官能團，在特定條件下會顯示獨特性能。在工業中用作多種目的的穩定劑、稠化劑和加工鋪助劑。

本發明采用三異硬脂酸鈦酸異丙酯改性二硼化鈦粉體，既能提高固體含量，又能降低漿料的粘度，改善表面潔度。采用黃原膠作為凝膠膠粘劑，加入檸檬酸胺為分散劑，制備用于三維印刷成型工藝TiB₂復合陶瓷粉體，成型過程中不需要噴灑膠粘劑，只需要噴灑少量的交聯劑溶劑即可。優點是膠粘劑用量大大減少，在后續煅燒過程中減少環境污染，產品的品質高。本申請的工藝制備的粉體材料粒徑均勻，球形度高，流動性好，適合3DP工藝3D打印成型。此外，本專利提供的方法簡單，成本低。