CN104228336A - 陶瓷喷墨打印机的喷嘴板及喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷喷墨打印机的喷嘴板，所述喷嘴板采用氧化锆及稀土氧化物为主要原料，通过流延成型制出半成品后，再经热压振动烧结工艺制备而得。相应地，本发明还公开了一种陶瓷喷墨打印机的喷头，所述喷头包括上述喷嘴板。采用本发明，所述喷嘴板强度大、韧性高，可用于替代原有喷墨打印机的特氟龙或不锈钢喷嘴板，使得喷嘴板的耐磨性更高，寿命更长，墨水的适用性更广。
Description
技术领域
本发明涉及喷墨打印机领域，特别涉及一种陶瓷喷墨打印机的喷嘴板及喷头。
背景技术
目前市场上压电式陶瓷喷墨打印机，压电式喷墨基本原理是利用逆压电效应，使压电陶瓷产生机械振动，液滴受机械力的影响从喷孔喷出。其主要由压电体元件、储墨室及喷嘴板构成。喷嘴板上制备有一定孔径的喷孔，打印时墨水从喷孔高速喷出，墨滴的大小、喷射速度及精准度与喷孔的大小有关，故保持喷孔形状及尺寸大小对打印的质量尤为重要。
现有喷墨打印机喷头采用的喷嘴板一般为厚度0.1mm-0.2mm的特氟龙或不锈钢薄片。特氟龙或不锈钢薄片的制备较为简易，但硬度小，不耐磨，易于损坏，使用寿命短。若墨水中含硬度较高的颗粒/杂质时，特氟龙或不锈钢材质的喷嘴容易被磨蚀变形，影响打印效果。因此，现有的陶瓷喷墨打印机需要配置特定的高级墨水，成本高，适用范围窄。
因此，提供一种可替代原有陶瓷喷墨打印机中特氟龙或不锈钢薄片的喷嘴板，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种陶瓷喷墨打印机的喷嘴板，其强度、韧性高，持久耐用，适用性广，可以保证陶瓷喷墨打印机的打印质量。
本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种陶瓷喷墨打印机的喷头，其持久耐用，适用性广，可以保证陶瓷喷墨打印机的打印质量。
为达到上述技术效果，本发明提供了一种陶瓷喷墨打印机的喷嘴板，所述喷嘴板采用氧化锆及稀土氧化物为主要原料，通过流延成型制出半成品后，再经热压振动烧结工艺制备而得。
作为上述方案的改进，所述热压振动烧结的烧结温度为1300-1700℃，压力为4-50MPa。
作为上述方案的改进，所述稀土氧化物至少选用氧化钇、以及其他稀土氧化物中的一种或多种；
所述其他稀土氧化物为除氧化钇之外的稀土氧化物，包括氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钪。
作为上述方案的改进，其以质量份计的主要原料配方如下：
氧化锆 85-97%
氧化钇 2-11%
其他稀土氧化物 0-7%。
作为上述方案的改进，所述喷嘴板由以下方法制备而得：
A、将经过预处理的主要原料进行流延成型，得到半成品；
B、将经过流延成型的所述半成品进行低温热处理，其中，所述低温热处理的温度为500-1100℃；
C、将经过低温热处理的所述半成品进行热压振动烧结，其中，所述热压振动的烧结温度为1300-1700℃，压力为4-50Mpa；
D、将经过热压振动烧结的所述半成品打磨、抛光，得到喷嘴板；
E、将所述喷嘴板进行激光打孔加工，得到设有喷孔的喷嘴板。
作为上述方案的改进，所述步骤A包括：
将制造喷嘴板所需的主要原料按配比称量混合；
加入0.1-3wt%分散剂、0.1-8wt%粘结剂、0.1-6wt%增塑剂和12-20%溶剂，调节料浆PH值至8.0-10.0，球磨8-16h，形成固相含量为40-60vol%的料浆；
对所述料浆抽真空，所述抽真空的时间为0.2-3h，真空度为0.05-0.1MPa；
将所述料浆置于流延成型机中成型，制得厚度为0.01-0.6mm的坯膜；
将所述坯膜送入烘干室进行干燥，制得坯片；
将干燥后的所述坯片卷轴待用并储存，制得半成品。
作为上述方案的改进，所述制造喷嘴板所需的主要原料包括氧化锆、氧化钇和其他稀土氧化物，其中，所述氧化锆的中位径为1.2-1.6um，所述氧化钇的中位径为1.3-1.7um，所述其他稀土氧化物的中位径为0.8-1.2um；
所述溶剂为有机溶剂或水；
所述分散剂为磷酸酯、乙氧基化合物、鲱鱼油中的一种或组合；
所述粘结剂为聚乙烯醇、丙烯酸乳剂、聚丙烯酸铵盐、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸甲酯、乙基纤维素中的一种或组合；
所述增塑剂为聚乙二醇、邻苯二甲酸酯、乙二醇中的一种或组合。
作为上述方案的改进，所述步骤D包括：
将经过热压振动烧结的所述半成品经过砂轮进行打磨，所述打磨包括表面粗磨和细磨；
将经过打磨的所述半成品经过金刚石研磨膏进行抛光处理，得到喷嘴板。
作为上述方案的改进，所述步骤E中：
所述激光打孔采用功率密度为108- 1010 w/cm2的激光束；
所述喷孔的直径为10-200um。
相应的，本发明还提供了一种陶瓷喷墨打印机的喷头，所述喷头包括上述喷嘴板。
实施本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种陶瓷喷墨打印机的喷嘴板，其采用氧化锆及稀土氧化物为主要原料，通过流延成型以及热压振动烧结等特殊工艺制备出高强度高韧性的薄片，其强度可达1400MPa以上，韧性可达10MPa۰m1/2以上，明显高于由普通方法制得的ZrO2制品，也明显高于特氟龙或不锈钢薄片。
一、本发明的喷嘴板的强度高，使得其耐磨性高，不易折断，损耗小、使用寿命长，有效保证打印质量，满足陶瓷喷墨打印机的使用要求。并且，设有本发明喷嘴板的陶瓷喷墨打印机可选用的墨水适用性广，显著降低成本。
二、本发明的喷嘴板的韧性高，喷嘴板在打孔时不易断，不易于损坏，降低损耗。
附图说明
图1是本发明一种陶瓷喷墨打印机的喷嘴板的制备方法的流程图；
图2是本发明一种陶瓷喷墨打印机的喷嘴板的制备方法的又一流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明提供了一种陶瓷喷墨打印机的喷嘴板，所述喷嘴板采用氧化锆及稀土氧化物为主要原料，通过流延成型制出半成品后，再经热压振动烧结工艺制备而得。
优选地，所述热压振动烧结的烧结温度为1300-1700℃，压力为4-50MPa。
更佳地，所述热压振动烧结的烧结温度为1400-1600℃，压力为5-40MPa。
热压振动烧结是将干燥粉料充填入模型内，再从单轴方向边加压边加热，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法。热压烧结的特点在于：热压烧结由于加热加压同时进行，粉料处于热塑性状态，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，因而成型压力仅为冷压的1/10；还能降低烧结温度，缩短烧结时间，从而抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和机械、电学性能良好的产品。
需要说明的是，本发明陶瓷喷墨打印机的喷嘴板的厚度可以设置但不限于0.01-0.6mm，其还可以根据实际需要对薄片的厚度作出调整。优选地，所述喷嘴板的厚度为0.01-0.4mm。更佳地，所述喷嘴板的厚度为0.1-0.3mm。最佳地，所述喷嘴板的厚度为0.1mm或0.2mm。
进一步，所述稀土氧化物至少选用氧化钇、以及其他稀土氧化物中的一种或多种。
本发明将所述其他稀土氧化物定义为除氧化钇之外的稀土氧化物，具体的，所述其他稀土氧化物包括氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钪。也就是说，所述稀土氧化物至少选用氧化钇，以及选用除氧化钇之外的其他稀土氧化物中的一种或多种。
需要说明的是，所述稀土氧化物指元素周期表中原子序数为57 到71 的15种镧系元素氧化物，以及与镧系元素化学性质相似的钪（Sc） 和钇（Y）共17 种元素的氧化物。即所述稀土氧化物包括氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钪以及氧化钇。
优选地，陶瓷喷墨打印机的喷嘴板以质量份计的主要原料配方如下：
氧化锆 85-97%
氧化钇 2-11%
其他稀土氧化物 0-7%。
更佳地，陶瓷喷墨打印机的喷嘴板以质量份计的主要原料配方如下：
氧化锆 87-94%
氧化钇 3-9%
其他稀土氧化物 3-5%。
本发明陶瓷喷墨打印机的喷嘴板选用的主要原料优先采用粉状，其中位径优选为0.5-2um。
更佳地，所述中位径根据原料的不同而不同，所述氧化锆的中位径为1.2-1.6um，所述氧化钇的中位径为1.3-1.7um，所述其他稀土氧化物的中位径为0.8-1.2um。
最佳地，所述氧化锆的中位径为1.4um，所述氧化钇的中位径为1.5um，所述其他稀土氧化物的中位径为1um。
采用上述中位径组合方案，有利于原料的流延成型处理，进而有利于提高喷嘴板的强度和韧性。
需要说明的是，所述“中位径”是指累积分布为50%时的最大颗粒的等效直径，也就是平均粒径。
如图1所示，本发明提供了一种陶瓷喷墨打印机的喷嘴板的制备方法，包括：
S101，将经过预处理的主要原料进行流延成型，得到半成品。
S102，将经过流延成型的所述半成品进行低温热处理，其中，所述低温热处理的温度为500-1100℃。
优选地，低温热处理的温度为500℃-1000℃。
所述半成品进行低温热处理中实现了脱脂。
S103，将经过低温热处理的所述半成品进行热压振动烧结，其中，所述热压振动的烧结温度为1300-1700℃，压力为4-50Mpa。
优选地，所述热压振动烧结的烧结温度为1400-1600℃，压力为5-40MPa。
S104，将经过热压振动烧结的所述半成品打磨、抛光，得到喷嘴板。
本发明陶瓷喷墨打印机的喷嘴板的厚度可以设置但不限于0.01-0.6mm，其还可以根据实际需要对薄片的厚度作出调整。优选地，所述喷嘴板的厚度为0.01-0.4mm。更佳地，所述喷嘴板的厚度为0.1-0.3mm。最佳地，所述喷嘴板的厚度为0.1mm或0.2mm。
S105，将所述喷嘴板进行激光打孔加工，得到设有喷孔的喷嘴板。
优选地，所述激光打孔采用功率密度为108- 1010
w/cm2的激光束；所述喷孔的直径为10-200um。
更佳地，所述激光打孔采用功率密度为109- 1010
w/cm2的激光束；所述喷孔的直径为20-35um。
最佳地，所述激光打孔采用功率密度为1010 w/cm2的激光束；所述喷孔的直径为30um。
如图2所示，本发明提供了一种陶瓷喷墨打印机的喷嘴板的制备方法又一示意图，其对该制备方法作更详尽的描述，包括：
S201，将制造喷嘴板所需的主要原料按配比称量混合。
所述主要原料包括氧化锆及稀土氧化物，其中所述稀土氧化物至少选用氧化钇、以及其他稀土氧化物中的一种或多种；所述其他稀土氧化物包括氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钪。也就是说，所述稀土氧化物至少选用氧化钇，以及选用除氧化钇之外的其他稀土氧化物中的一种或多种。
优选地，陶瓷喷墨打印机的喷嘴板以质量份计的主要原料配方如下：
氧化锆 85-97%
氧化钇 2-11%
其他稀土氧化物 0-7%。
更佳地，陶瓷喷墨打印机的喷嘴板以质量份计的主要原料配方如下：
氧化锆 87-94%
氧化钇 3-9%
其他稀土氧化物 3-5%。
需要说明的是，氧化锆、氧化钇及其他稀土氧化物可以以粉末状态混合，也可以呈其它状态混合。
S202，加入0.1-3wt%分散剂、0.1-8wt%粘结剂、0.1-6wt%增塑剂和12-20%溶剂，调节料浆PH值至8.0-10.0，球磨8-16h，形成固相含量为40-60vol%的料浆。
S202的优选方案为，加入0.1-1.5wt%分散剂、2-6wt%粘结剂、2-4wt%增塑剂和14-18%溶剂，调节料浆PH值至8.0-9.0，球磨10-14h，形成固相含量为40-52vol%的料浆。
S202的最佳方案为，加入0.5-0.6wt%分散剂、4-4.5wt%粘结剂、3-3.5wt%增塑剂和15-16%溶剂，调节料浆PH值至9.0，球磨12h，形成固相含量为48vol%的料浆。
其中，所述溶剂为有机溶剂或水；所述分散剂为磷酸酯、乙氧基化合物、鲱鱼油中的一种或组合；所述粘结剂为聚乙烯醇、丙烯酸乳剂、聚丙烯酸铵盐、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸甲酯、乙基纤维素中的一种或组合；所述增塑剂为聚乙二醇、邻苯二甲酸酯、乙二醇中的一种或组合。
需要说明的是，在水基介质中，粘结剂优先选用聚乙烯醇（PVA）、丙烯酸乳剂、聚丙烯酸铵盐中的一种或组合。而在非水基介质中，粘结剂优先选用聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、聚丙烯酸甲酯、乙基纤维素中的一种或组合。
经过反复试验筛选，制得分散均匀的稳定陶瓷料浆的最优配方组合为：溶剂选用去离子水，分散剂选用磷酸酯，粘结剂选用聚乙烯醇（PVA），增塑剂选用聚乙二醇（PEG）。
S203，对所述料浆抽真空，所述抽真空的时间为0.2-3h，真空度为0.05-0.1MPa。所述料浆抽真空后，得到没有气孔的陶瓷料浆。
优选地，所述抽真空时间为1h，真空度为0.085Mpa。
本发明将料浆去除气孔，有利于提高喷嘴板的强度和韧性。
S204，将所述料浆置于流延成型机中成型，制得厚度为0.01-0.6mm的坯膜。
具体地，将料浆置于流延成型机中成型，成型时料浆从料斗下部流至基带上，通过基带与刮刀的相对运动形成坯膜，通过调节刮刀高度，制得厚度为0.01-0.6mm的坯膜。
优选地，所述坯膜的厚度为0.01-0.4mm。更佳地，所述坯膜的厚度为0.1-0.3mm。最佳地，所述喷嘴板的厚度为0.1mm或0.2mm。
S205，将所述坯膜连同基带一起送入烘干室进行干燥，制得坯片。
所述坯膜在烘干室进行干燥处理期间，溶剂蒸发，有机结合剂在陶瓷颗粒间形成网络结构，形成一定强度和柔韧性的坯片，有利于提高喷嘴板的强度和韧性。
S206，将干燥后的所述坯片连同基带一起卷轴待用并储存，制得半成品。
所述坯片在储存期间中使残留溶剂分布均匀，消除湿度梯度，有利于提高喷嘴板的强度和韧性及其均匀性。
S207，将经过流延成型的所述半成品进行低温热处理，其中，所述低温热处理的温度为500-1100℃。
优选地，低温热处理的温度为500℃-1000℃。
所述半成品进行低温热处理中实现了脱脂。
S208，将经过低温热处理的所述半成品进行热压振动烧结，其中，所述热压振动的烧结温度为1300-1700℃，压力为4-50Mpa。
优选地，所述热压振动烧结的烧结温度为1400-1600℃，压力为5-40MPa。
S209，将经过热压振动烧结的所述半成品打磨、抛光，得到喷嘴板。
本步骤的目的是将半成品打磨抛光至所需尺寸及光洁度，满足陶瓷喷墨打印机的装配和使用需要。
步骤S209包括：
将经过热压振动烧结的所述半成品经过金刚石砂轮进行打磨，所述打磨包括表面粗磨和细磨；
将经过打磨的所述半成品经过金刚石研磨膏进行抛光处理，得到喷嘴板。
本发明陶瓷喷墨打印机的喷嘴板的厚度可以设置但不限于0.01-0.6mm，其还可以根据实际需要对薄片的厚度作出调整。优选地，所述喷嘴板的厚度为0.01-0.4mm。更佳地，所述喷嘴板的厚度为0.1-0.3mm。最佳地，所述喷嘴板的厚度为0.1mm或0.2mm。
S210，将所述喷嘴板进行激光打孔加工，得到设有喷孔的喷嘴板。
具体地，将检查合格的喷嘴板在激光打孔机上装夹，采用功率密度为108- 1010 w/cm2的微细高能激光束直接照射到工件上，由于高能激光束的瞬间急剧加热作用，被照射区内的陶瓷材料瞬时融化并大量气化蒸发，并在照射点形成10-50um的小孔。小孔经再加工，制备出所需的喷孔。采用激光打孔加工，可以保证喷孔加工的精准性，保障了喷嘴板的工作性能。
优选地，所述激光打孔采用功率密度为108- 1010
w/cm2的激光束；所述喷孔的直径为10-200um。
更佳地，所述激光打孔采用功率密度为109- 1010
w/cm2的激光束；所述喷孔的直径为20-35um。
最佳地，所述激光打孔采用功率密度为1010 w/cm2的激光束；所述喷孔的直径为30um。
本发明的陶瓷喷墨打印机的喷嘴板采用特殊工艺制备而得的陶瓷薄片，与普通ZrO2陶瓷薄片采用干压成型、常压烧结不同，本发明则是用流延成型结合热压烧结的方式制备而得。
本发明通过流延成型，很好的解决了坯片强度较低、不易脱模等问题，通过调节流延成型机的刮刀高度制备的坯片，其厚度可降至0.1mm甚至更低，成品率也大幅提高。
本发明通过热压烧结，粉料处于热塑性状态，形变阻力小，易于塑性流动和致密化，由于同时加温和加压，有助于粉末颗粒的接触和扩散、流动等传质过程，降低烧结温度和缩短烧结时间，从而抵制晶粒长大，得到晶粒细小、致密度高和机械性能优异的产品。并且，本发明在热压烧结的同时，对模具和坯体施加振动，这样得到的制品更加致密，强度和韧性进一步提高。
将本发明陶瓷喷墨打印机的喷嘴板，与不锈钢喷嘴板、特氟龙喷嘴板以及普通的陶瓷薄片（普通的陶瓷薄片采用干压成型、常压烧结制备而得）的主要性能指标进行对比，结果如下：
| 项目 | 抗弯强度（MPa） | 韧性（MPa۰m1/2） |
| 不锈钢喷嘴板 | 850-950 | 800-850 |
| 特氟龙喷嘴板 | 11-30 | 25-27 |
| 普通陶瓷薄片 | 600-900 | 6-8 |
| 本发明喷嘴板 | 1400-1700 | 10-12 |
由上表可得，普通陶瓷材料虽然较之特氟龙更耐磨，但常规方法制备出的普通陶瓷薄片韧性较差，在打孔加工及装配时易折断并易于损坏。特氟龙或不锈钢喷嘴板其韧性虽然较高，但是强度差，导致耐磨性差，损耗大、使用寿命短。而本发明喷嘴板的强度高达1400MPa以上，韧性可达10MPa۰m1/2以上，其强度、韧性明显高于由普通方法制得的ZrO2制品，其强度也明显高于特氟龙或不锈钢薄片。因此，本发明的喷嘴板的强度高，使得其耐磨性高，不易折断，损耗小、使用寿命长，有效保证打印质量，满足陶瓷喷墨打印机的使用要求。设有本发明喷嘴板的陶瓷喷墨打印机可选用的墨水适用性广，显著降低成本。并且，本发明的喷嘴板的韧性高，喷嘴板在打孔时不易断，不易于损坏，降低损耗。
下面以具体实施例进一步阐述本发明。
实施例1
原料主要有：94%氧化锆、5%氧化钇、1%其他稀土氧化物，其中中位径分别为1.4um、 1.5um、1um。其他稀土氧化物选用氧化镧。
称取94%氧化锆、5%氧化钇、1%氧化镧共20kg，放入球磨机，同时添加3200ml去离子水，0.5wt%的磷酸酯，4.5wt%的聚乙烯醇（PVA）和3wt%聚乙二醇（PEG）。并用氨水将料浆的PH值调为9。球磨12h后得到稳定的高固相含量料浆。对料浆进行抽真空1h，真空度为0.085MPa，料浆里的气泡已全部除尽，处理过的料浆经过流延成型机，通过调节刮片高度控制制得的薄片厚度为0.2mm，将制得的薄片于800℃下进行脱脂2h。待炉子降到室温后取出已脱脂的薄片进行振动热压烧结，最高烧结温度设置为1470℃并保温2h，施加的压力为30MPa。将热压烧结得到的陶瓷薄片进行抛光成镜面效果，其厚度为0.1mm，并用激光打孔机打孔，孔径大小为30um。
实施例2
原料主要有：92%氧化锆、6%氧化钇、2%其他稀土氧化物，其中中位径分别为1.3um、 1.6um、0.8um。其他稀土氧化物选用氧化铈和氧化镨。
称取92%氧化锆、6%氧化钇、1%氧化铈和1%氧化镨共20kg，放入球磨机，同时添加2600ml去离子水，0.6wt%的磷酸酯，4.0wt%的聚乙烯醇（PVA），和2wt%聚乙二醇（PEG）。并用氨水将料浆的PH值调为9。球磨12h后得到稳定的高固相含量料浆。对料浆进行抽真空1h，真空度为0.085MPa，料浆里的气泡已全部除尽，处理过的料浆经过流延成型机，通过调节刮片高度控制制得的薄片厚度为0.2mm，将制得的薄片于800℃下进行脱脂2h。待炉子降到室温后取出已脱脂的薄片进行振动热压烧结，最高烧结温度设置为1520℃并保温2h，施加的压力为35MPa。将热压烧结得到的陶瓷薄片进行抛光成镜面效果，其厚度为0.15mm，并用激光打孔机打孔，孔径大小为30um。
实施例3
原料主要有：90%氧化锆、9%氧化钇、1%其他稀土氧化物，其中中位径分别为1.2um、 1.3um、0.9um。其他稀土氧化物选用氧化钪。
称取90%氧化锆、9%氧化钇、1%氧化钪共20kg，放入球磨机，同时添加3000ml去离子水，1.2wt%的乙氧基化合物，3.5wt%的丙烯酸乳剂，和2wt%邻苯二甲酸酯。并用氨水将料浆的PH值调为9。球磨12h后得到稳定的高固相含量料浆。对料浆进行抽真空2h，真空度为0.1MPa，料浆里的气泡已全部除尽，处理过的料浆经过流延成型机，通过调节刮片高度控制制得的薄片厚度为0.2mm，将制得的薄片于800℃下进行脱脂2h。待炉子降到室温后取出已脱脂的薄片进行振动热压烧结，最高烧结温度设置为1570℃并保温2h，施加的压力为40MPa。将热压烧结得到的陶瓷薄片进行抛光成镜面效果，其厚度为0.1mm，并用激光打孔机打孔，孔径大小为30um。
实施例4
原料主要有：86%氧化锆、11%氧化钇、3%其他稀土氧化物，其中中位径分别为1.5um、 1.7um、1.1um。其他稀土氧化物选用氧化钬和氧化铒。
称取86%氧化锆、11%氧化钇、2%氧化钬和1%氧化铒共20kg，放入球磨机，同时添加2800ml去离子水，1wt%的鲱鱼油，5.5wt%的聚丙烯酸铵盐，和3.5wt%乙二醇。并用氨水将料浆的PH值调为9。球磨12h后得到稳定的高固相含量料浆。对料浆进行抽真空1h，真空度为0.085MPa，料浆里的气泡已全部除尽，处理过的料浆经过流延成型机，通过调节刮片高度控制制得的薄片厚度为0.3mm，将制得的薄片于800℃下进行脱脂2h。待炉子降到室温后取出已脱脂的薄片进行振动热压烧结，最高烧结温度设置为1600℃并保温2h，施加的压力为38MPa。将热压烧结得到的陶瓷薄片进行抛光成镜面效果，其厚度为0.2mm，并用激光打孔机打孔，孔径大小为30um。
实施例5
原料主要有：96%氧化锆、2%氧化钇、2%其他稀土氧化物，其中中位径分别为1.4um、 1.6um、1.2um。其他稀土氧化物选用氧化镱。
称取96%氧化锆、2%氧化钇、2%氧化镱共20kg，放入球磨机，同时添加2500ml有机溶剂，1.8wt%的磷酸酯，4.5wt%的聚乙烯醇缩丁醛（PVB），和3wt%聚乙二醇（PEG）。并用氨水将料浆的PH值调为9。球磨12h后得到稳定的高固相含量料浆。对料浆进行抽真空1h，真空度为0.085MPa，料浆里的气泡已全部除尽，处理过的料浆经过流延成型机，通过调节刮片高度控制制得的薄片厚度为0.2mm，将制得的薄片于800℃下进行脱脂2h。待炉子降到室温后取出已脱脂的薄片进行振动热压烧结，最高烧结温度设置为1520℃并保温2h，施加的压力为32MPa。将热压烧结得到的陶瓷薄片进行抛光成镜面效果，其厚度为0.1mm，并用激光打孔机打孔，孔径大小为30um。
由实施例1至实施例5，检测本发明陶瓷喷墨打印机的喷嘴板的指标性能，结果如下：
| 对比项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 抗弯强度（MPa） | 1510 | 1530 | 1590 | 1480 | 1650 |
| 密度（g/cm3） | 6.02 | 6.04 | 6.08 | 6.01 | 6.11 |
| 厚度 | 0.1 | 0.15 | 0.1 | 0.2 | 0.1 |
| 断裂韧性 | 11 | 11 | 10 | 10 | 12 |
综上所述，本发明采用流延成型制坯加振动热压烧结工艺制备ZrO2陶瓷薄片，以用作陶瓷喷墨打印机喷嘴板。该喷嘴板强度大、韧性高，可用于替代原有喷墨打印机的特氟龙或不锈钢喷嘴板，使得喷嘴板的耐磨性更高，寿命更长，墨水的适用性更广。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种陶瓷喷墨打印机的喷嘴板，其特征在于，所述喷嘴板采用氧化锆及稀土氧化物为主要原料，通过流延成型制出半成品后，再经热压振动烧结工艺制备而得。
2.如权利要求1所述的喷嘴板，其特征在于，所述热压振动烧结的烧结温度为1300-1700℃，压力为4-50MPa。
3.如权利要求1所述的喷嘴板，其特征在于，所述稀土氧化物至少选用氧化钇、以及其他稀土氧化物中的一种或多种；
所述其他稀土氧化物包括氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧化钷、氧化钐、氧化铕、氧化钆、氧化铽、氧化镝、氧化钬、氧化铒、氧化铥、氧化镱、氧化镥、氧化钪。
4.如权利要求3所述的喷嘴板，其特征在于，其以质量份计的主要原料配方如下：
氧化锆
85-97%
氧化钇
2-11%
其他稀土氧化物
0-7%。
5.如权利要求1-4任一项所述的喷嘴板，其特征在于，所述喷嘴板由以下方法制备而得：
A、将经过预处理的主要原料进行流延成型，得到半成品；
B、将经过流延成型的所述半成品进行低温热处理，其中，所述低温热处理的温度为500-1100℃；
C、将经过低温热处理的所述半成品进行热压振动烧结，其中，所述热压振动的烧结温度为1300-1700℃，压力为4-50Mpa；
D、将经过热压振动烧结的所述半成品打磨、抛光，得到喷嘴板；
E、将所述喷嘴板进行激光打孔加工，得到设有喷孔的喷嘴板。
6.如权利要求5所述的喷嘴板，其特征在于，所述步骤A包括：
将制造喷嘴板所需的主要原料按配比称量混合；
加入0.1-3wt%分散剂、0.1-8wt%粘结剂、0.1-6wt%增塑剂和12-20%溶剂，调节料浆PH值至8.0-10.0，球磨8-16h，形成固相含量为40-60vol%的料浆；
对所述料浆抽真空，所述抽真空的时间为0.2-3h，真空度为0.05-0.1MPa；
将所述料浆置于流延成型机中成型，制得厚度为0.01-0.6mm的坯膜；
将所述坯膜送入烘干室进行干燥，制得坯片；
将干燥后的所述坯片卷轴待用并储存，制得半成品。
7.如权利要求6所述的喷嘴板，其特征在于，所述制造喷嘴板所需的主要原料包括氧化锆、氧化钇和其他稀土氧化物，其中，所述氧化锆的中位径为1.2-1.6um，所述氧化钇的中位径为1.3-1.7um，所述其他稀土氧化物的中位径为0.8-1.2um；
所述溶剂为有机溶剂或水；
所述分散剂为磷酸酯、乙氧基化合物、鲱鱼油中的一种或组合；
所述粘结剂为聚乙烯醇、丙烯酸乳剂、聚丙烯酸铵盐、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯酸甲酯、乙基纤维素中的一种或组合；
所述增塑剂为聚乙二醇、邻苯二甲酸酯、乙二醇中的一种或组合。
8.如权利要求5所述的喷嘴板，其特征在于，所述步骤D包括：
将经过热压振动烧结的所述半成品经过砂轮进行打磨，所述打磨包括表面粗磨和细磨；
将经过打磨的所述半成品经过金刚石研磨膏进行抛光处理，得到喷嘴板。
9.如权利要求5所述的喷嘴板，其特征在于，所述步骤E中：
所述激光打孔采用功率密度为108-
1010 w/cm2的激光束；
所述喷孔的直径为10-200um。
10.一种陶瓷喷墨打印机的喷头，其特征在于，所述喷头包括如权利要求1-9任一项所述的喷嘴板。
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| CN107216146A (zh) * | 2017-06-26 | 2017-09-29 | 内蒙古科技大学 | 一种氧化镧掺杂Ce‑TZP陶瓷及其制备方法 |
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| CN104228336B (zh) | 2016-04-20 |
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