[發(fā)明專利]一種基于3D打印的多孔極小曲面結(jié)構(gòu)氧化鋁陶瓷的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811501547.4
• 申請(qǐng)日: 2018-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN109665819A
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳繼民;帥星安
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/10
• 分類號(hào): C04B35/10;C04B35/622;C04B35/632;C04B35/634;B33Y10/00;B33Y70/00;C04B38/00;C04B35/64
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種3D打印有多孔極小曲面結(jié)構(gòu)氧化鋁陶瓷的制備方法，屬于3D打印技術(shù)及多孔陶瓷、過濾、熱工等領(lǐng)域。DLP(數(shù)字光固化)3D打印技術(shù)具有成型速度快，打印模型精度高，成本低廉等優(yōu)勢。本發(fā)明是通過以下軟件和裝置實(shí)現(xiàn)的。使用Rhinoceros與Grasshopper設(shè)計(jì)并優(yōu)化三維模型，將模型導(dǎo)入Q3DP軟件進(jìn)行切片，按照特定的比例配制漿料并進(jìn)行球磨，將漿料倒入到BESK打印機(jī)樹脂槽中開始打印，打印完成后的坯體再放入中號(hào)爐中按照特定的參數(shù)進(jìn)行脫脂和燒結(jié)，最終得到高強(qiáng)度、可均勻排列、孔徑均勻、性能穩(wěn)定、高度有序的多孔極小曲面結(jié)構(gòu)氧化鋁陶瓷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及3D打印技術(shù)及多孔陶瓷、過濾、熱工等領(lǐng)域，特別是使用了DLP(數(shù)字光固化)3D打印技術(shù)制備了高強(qiáng)度、孔徑均勻、性能穩(wěn)定、高度有序的多孔陶瓷。

背景技術(shù)

自1978年美國發(fā)明了利用氧化鋁、高嶺土等陶瓷料漿成功研制出泡沫陶瓷，用于鋁合金鑄造過濾之后，英、日、德、瑞士等國家競相開展了研究，生產(chǎn)工藝日益先進(jìn)，技術(shù)裝備越來越向機(jī)械化、自動(dòng)化發(fā)展，已研制出多種材質(zhì)，適合于不同用途的泡沫陶瓷過濾器。中國在20世紀(jì)80年代初開展泡沫陶瓷研究工作。近20年來，先后有十幾家科研機(jī)構(gòu)和廠家報(bào)道了泡沫陶瓷制品的研究。但是中國的泡沫陶瓷從整體技術(shù)水平上與國外相比還有一定的差距。泡沫陶瓷是具有三維空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的高氣孔率的多孔陶瓷體，其造型猶如鋼化了的泡沫塑料或瓷化了的海綿體。由于它具有氣孔率高、比表面積大、抗熱震、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕及良好的機(jī)械強(qiáng)度和過濾吸附性能，可廣泛應(yīng)用于熱交換材料，布?xì)獠牧希囄矚庋b置，凈化冶金工業(yè)過濾熔融態(tài)金屬，熱能回收，輕工噴涂行業(yè)，工業(yè)污水處理,隔熱隔音材料，用作化學(xué)催化劑載體，電解隔膜及分離分散元件等。多孔陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域又?jǐn)U展到航空領(lǐng)域、電子領(lǐng)域、醫(yī)用材料領(lǐng)域及生物化學(xué)領(lǐng)域等。多孔陶瓷的廣泛應(yīng)用已引起了全球材料界的高度重視，因此，制備高強(qiáng)度、孔徑均勻、性能穩(wěn)定、高度有序的泡沫陶瓷體，拓寬和開發(fā)泡沫陶瓷在國內(nèi)各行業(yè)中的應(yīng)用，無疑是十分必要的。然而，制造這樣的多孔結(jié)構(gòu)陶瓷對(duì)于傳統(tǒng)陶瓷工藝而言是十分困難的，3D打印多孔極小曲面結(jié)構(gòu)氧化鋁陶瓷則完全滿足了以上要求。多孔極小曲面結(jié)構(gòu)是一種特殊的孔隙結(jié)構(gòu)，具有很高的比表面積，流體壓力損失小，與流體接觸率高。3D打印的多孔極小曲面結(jié)構(gòu)氧化鋁陶瓷可以進(jìn)行規(guī)律排列，得到孔隙均勻，高度有序的多孔結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)這樣的多孔陶瓷制備，本發(fā)明將傳統(tǒng)陶瓷工藝與3D打印技術(shù)相結(jié)合，先使用DLP 3D打印技術(shù)制備氧化鋁陶瓷坯體，再通過傳統(tǒng)的燒結(jié)方法制備陶瓷成品。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于DLP 3D打印技術(shù)制造多孔極小曲面結(jié)構(gòu)氧化鋁陶瓷的方法。

一種基于3D打印的多孔極小曲面氧化鋁陶瓷的制備方法，其特征在于：

應(yīng)用如下軟件、材料及設(shè)備，包括三維建模軟件、粒徑尺寸≤10μm的氧化鋁粉末，蔗糖、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡絡(luò)烷酮、405nm波段光敏樹脂，3D打印機(jī)，球磨機(jī)，燒結(jié)爐；

包括如下步驟：

1)使用三維建模軟件設(shè)計(jì)多孔極小曲面結(jié)構(gòu)，得到63％-83％孔隙率的多孔極小曲面結(jié)構(gòu)模型；

2)打印漿料配置：50wt％的氧化鋁粉末、4wt％的蔗糖為粘結(jié)劑，5wt％的聚丙烯酰胺作為分散劑，3wt％聚乙烯吡絡(luò)烷酮作為光引發(fā)劑，38wt％405nm波段光敏樹脂，攪拌混合后進(jìn)行球磨處理；

球磨參數(shù)：球料質(zhì)量比設(shè)置為10:1，轉(zhuǎn)速設(shè)置為400r/min，時(shí)間設(shè)置為24h；

3)進(jìn)行3D打印，首先將打印模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入到與打印機(jī)配套設(shè)計(jì)的Q3DP軟件中，對(duì)模型進(jìn)行切片，調(diào)平后開始打印；