[發明專利]一種3D直寫成型用氧化鎂陶瓷墨水及其制備方法

有效

• 申請號: 201910743558.1
• 申請日: 2019-08-13
• 公開（公告）號: CN110423515B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 徐婷婷;王威;何培;徐海燕;李炯;王平;余進
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號: C09D11/30
• 分類號: C09D11/30;C09D11/38;C04B35/04;C04B35/622;B33Y70/10;B33Y10/00
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 王育信

本發明公開了一種3D直寫成型用氧化鎂陶瓷墨水及其制備方法，由57～70wt％的氧化鎂粉體，2.5～10wt％的聚乙烯醇，25～35wt％的去離子水混合均勻后形成陶瓷墨水；其方法為將氧化鎂陶瓷墨水裝入直寫式3D打印機的針筒中，設置打印程序開啟逐層打印，打印的三維結構經干燥后得到氧化鎂生坯，最后在普通燒結爐中經1580～1680℃燒結得到氧化鎂陶瓷。通過上述方案，本發明達到了墨水成分簡單、固含量高、流動性好，制備方法簡單易行，在直寫式3D打印機上擠出的絲線表面光滑，成型坯體及高溫燒結后陶瓷保形性良好，可應用于高溫領域的目的，具有很高的實用價值和推廣價值。

技術領域

本發明屬于3D打印材料技術領域，具體地講，是涉及一種3D直寫成型用氧化鎂陶瓷墨水及其制備方法。

背景技術

3D直寫技術的原理是通過控制裝有“墨水”的料筒在三維空間的移動，將處于流體、熔融、膠體或糊狀的“墨水”材料通過壓力擠出，經過層層堆積后成型出不同形狀，從而完成3D打印過程。直寫成型的三維結構具有很大的高寬比和尺寸控制范圍，并且可成型含跨度的復雜三維結構，所以該方法在先進陶瓷材料、復合材料、生物組織支架等方面受到廣泛關注。

3D直寫打印墨水需要從精細的噴嘴中擠出而不發生堵塞，并且可以迅速固化成具有一定強度的絲線用于各種成型；因此，3D直寫打印墨水必須同時具備剪切致稀性和粘彈性。與有機物相比，陶瓷作為脆性材料而難以控制陶瓷墨水的流動性。中國專利公開號CN107651963A公開了一種先驅體轉化陶瓷的直寫成型方法，該方法采用陶瓷先驅體溶解于有機溶劑制備漿料，使漿料的流變性能可通過有機溶劑的加入量調控，但該方法局限于具有有機高分子陶瓷先驅體的材料體系。另外，中國專利公開號CN102617153A公開了陶瓷基三維結構的無模直寫制備方法及陶瓷基光敏漿料，該發明采用光固化輔助成型，對漿料流變性的要求低，但由于需要的光敏膠含量較高而難以獲得高的固含量。

眾所周知，氧化鎂陶瓷是一種典型的堿性耐火材料，具有熔點高、強度高、抗堿性金屬熔渣能力強等優良物理及熱化學性能，廣泛應用于冶金等高溫領域。采用直寫3D打印技術可以實現三維結構的精細化、多樣化設計，在多孔氧化鎂坩堝和氧化鎂泡沫陶瓷等方面有潛在應用價值。高溫領域的應用環境，對3D直寫成型的氧化鎂陶瓷提出了高固含量的陶瓷墨水以及高溫燒結的制品等要求。氧化鎂由于易水化，通常難以制備固含量超過60wt％的漿料，而制備流動性良好的高固含量墨水更是一大挑戰。中國專利公開號CN108456457A公開了一種3D直寫氧化鋯陶瓷墨水，通過氯化銨、醋酸鋅、氯化鈉等鹽物質的加入可以使墨水固含量較高時黏度仍很低；但是鹽離子在后續燒結時難以燒除，形成的低熔點共熔物會顯著降低陶瓷制品的高溫性能，該方法不能適用于氧化鎂等高溫結構陶瓷。因此，獲得固含量高、添加劑少、流動性好、坯體高溫燒結后保形性好并可應用于高溫領域的3D直寫氧化鎂陶瓷墨水是一大技術難題。

發明內容

為了克服現有技術中的上述不足，本發明提供一種3D直寫成型用氧化鎂陶瓷墨水及其制備方法，具有配制簡單，成分種類少，成本低，并且可實現高固含量的同時具有良好的流動性，擠出的絲線表面光滑的優勢。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種3D直寫成型用氧化鎂陶瓷墨水，包括57～70wt％的氧化鎂粉體，2.5～10wt％的聚乙烯醇，25～35wt％的去離子水，其中，通過氧化鎂粉體、聚乙烯醇和去離子水混合均勻后形成陶瓷墨水。

進一步地，所述氧化鎂粉體為電熔氧化鎂，同時氧化鎂粉體粒徑范圍為0.5～3μm。

優選地，所述聚乙烯醇為2.5～4.5wt％的高粘度聚乙烯醇，或者4.5～7wt％的中粘度聚乙烯醇，或者7～10wt％的低粘度聚乙烯醇。

一種3D直寫成型用氧化鎂陶瓷墨水的制備方法，包括如下步驟：

(S1)將聚乙烯醇加入到去離子水中制得聚乙烯醇水溶液；