[發(fā)明專利]一種使用擠出式3D打印技術(shù)制備連續(xù)纖維增強陶瓷的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910503209.2
• 申請日: 2019-06-11
• 公開（公告）號: CN110156483B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊治華;周國相;趙哲;賈德昌;周玉
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/628;B33Y70/00;B33Y30/00;B33Y10/00;B33Y70/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務(wù)所 23109
• 代理人: 岳泉清

1.一種使用擠出式3D打印技術(shù)制備連續(xù)纖維增強陶瓷的方法，其特征在于一種使用擠出式3D打印技術(shù)制備連續(xù)纖維增強陶瓷的方法是按以下步驟進行：

一、制備3D打印用同軸雙針頭：

制備同軸雙針頭，所述的同軸雙針頭為內(nèi)部針頭設(shè)置于外部針頭內(nèi)部形成，且內(nèi)部針頭的入口從外部針頭側(cè)面穿出，內(nèi)部針頭出口設(shè)置于外部針頭內(nèi)部，且與外部針頭出口同軸；

所述的內(nèi)部針頭為連續(xù)纖維通道，外部針頭與內(nèi)部針頭之間為陶瓷漿料通道；

所述的內(nèi)部針頭內(nèi)徑為0.4mm；所述的內(nèi)部針頭壁厚為0.1mm；所述的外部針頭內(nèi)徑為0.75mm；所述的內(nèi)部針頭入口與外部針頭出口之間的垂直距離為20mm；所述的內(nèi)部針頭出口與外部針頭出口之間的垂直距離為5mm；

二、將連續(xù)纖維進行表面潤濕性處理：

①、在空氣氣氛及溫度為300℃～1000℃的條件下，將連續(xù)纖維處理5h～12h，得到排膠后的纖維；

②、將排膠后的纖維置于質(zhì)量百分數(shù)為0.1％～1％的氧化石墨烯溶液中，浸泡5h～12h，得到潤濕處理后的連續(xù)纖維；

所述的質(zhì)量百分數(shù)為0.1％～1％的氧化石墨烯溶液中氧化石墨烯的片徑為1μm～50μm；

三、制備陶瓷漿料：

將陶瓷顆粒與添加劑混合，并利用勻料機混合均勻，得到陶瓷漿料；

所述的陶瓷顆粒為二氧化硅；所述的添加劑為質(zhì)量百分數(shù)為2％的氧化石墨烯溶液；所述的陶瓷漿料中固相為陶瓷顆粒與氧化石墨烯，且陶瓷顆粒與氧化石墨烯的質(zhì)量比1:0.02；所述的陶瓷漿料中固相的質(zhì)量百分數(shù)為40％～70％；

四、設(shè)置打印路徑；

五、連續(xù)纖維穿出同軸雙針頭：

將一束或一根潤濕處理后的連續(xù)纖維從同軸雙針頭的連續(xù)纖維通道穿入，且潤濕處理后的連續(xù)纖維端點穿出同軸雙針頭；

六、3D打印：

將陶瓷漿料灌入點膠針筒中，再將FDM 3D打印機的加熱打印噴頭拆除，然后將點膠針筒固定在FDM 3D打印機的移動軸上，并將點膠針筒與點膠機連通，然后將同軸雙針頭安裝于點膠針筒上，且點膠針筒與陶瓷漿料通道相連通，在擠出壓力為5pai～100pai的條件下，擠出陶瓷漿料，連續(xù)纖維在沒有外部動力源的情況下，陶瓷漿料包裹潤濕處理后的連續(xù)纖維并同時擠出，然后在打印速度為1mm/s～100mm/s及打印底板溫度為20℃～120℃的條件下，進行3D打印，得到連續(xù)纖維增強陶瓷，即完成使用擠出式3D打印技術(shù)制備連續(xù)纖維增強陶瓷的方法；

所述的連續(xù)纖維增強陶瓷中連續(xù)纖維的體積百分數(shù)為5％～85％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用擠出式3D打印技術(shù)制備連續(xù)纖維增強陶瓷的方法，其特征在于步驟一中所述的制備同軸雙針頭為利用FDM技術(shù)打印制備同軸雙針頭、利用光固化技術(shù)打印制備同軸雙針頭或利用TT斜式點膠針頭與PP撓性點膠針頭復(fù)合加工制備得到同軸雙針頭。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用擠出式3D打印技術(shù)制備連續(xù)纖維增強陶瓷的方法，其特征在于步驟二①中所述的連續(xù)纖維為連續(xù)氧化硅纖維或連續(xù)碳纖維；步驟二①中所述的連續(xù)纖維的單根纖維直徑為5μm～10μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用擠出式3D打印技術(shù)制備連續(xù)纖維增強陶瓷的方法，其特征在于步驟二①中所述的連續(xù)纖維為無捻連續(xù)纖維或有捻編制型連續(xù)纖維。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用擠出式3D打印技術(shù)制備連續(xù)纖維增強陶瓷的方法，其特征在于步驟三中利用勻料機混合均勻具體是利用行星式真空勻料機，在轉(zhuǎn)速為500r/min～2500r/min的條件下，真空混合30min～60min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用擠出式3D打印技術(shù)制備連續(xù)纖維增強陶瓷的方法，其特征在于步驟三中所述的陶瓷顆粒的最大粒徑為200μm～500μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用擠出式3D打印技術(shù)制備連續(xù)纖維增強陶瓷的方法，其特征在于步驟五中所述的一束潤濕處理后的連續(xù)纖維為5根～30根潤濕處理后的連續(xù)纖維。