CN106630973A - 3d打印用氧化铝陶瓷浆料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于特种功能陶瓷技术领域，具体涉及一种3D打印用氧化铝陶瓷浆料及其制备方法和应用。所述的陶瓷浆料，由以下重量百分数的原料制成：氧化铝配方料75％‑85％；硬脂酸0.5％‑5％；聚丙烯3‑11％；石蜡1‑10％；其中，所述的氧化铝配方料由以下重量百分数的原料制成：氧化镧0.1％；氧化铌0.2％；氧化钇0.1％；氧化铝99.5％。本发明制备的氧化铝陶瓷浆料固相含量高，最高可达85％，适用于直接成型各种个性化、复杂化、特殊化和高难度的异型精密部件；将本发明氧化铝陶瓷浆料制成氧化铝增材，能够直接在熔融沉积3D打印机上使用；所述的制备方法，简单易实施。

Description

3D打印用氧化铝陶瓷浆料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于特种功能陶瓷技术领域，具体涉及一种3D打印用氧化铝陶瓷浆料及其制备方法和应用。
背景技术
3D打印技术于上世纪80年代诞生于美国，其突破了传统的加工模式，被认为是近20年制造技术领域的一次重大突破。3D打印技术是依据CAD三维建模、通过材料的逐层叠加堆积直接获得实体部件的技术，也被称为“增量技术”、“堆积技术”等。与传统的制造技术相比，3D打印技术的制造速度更快，并可直接制造出任意复杂形状的部件，是非常有应用前景并符合未来技术发展趋势的制造技术，受到国内外很多学者的关注。目前，3D打印技术已在高分子、金属材料领域得到较好的应用和发展，在陶瓷材料领域也不断取得一些技术突破。20世纪90年代中期，研究者们就开始尝试通过3D打印技术成型陶瓷部件，目前已取得显著的研究进展。目前主要是采用激光的方法制备出了一些陶瓷部件，但是针对光固化成型陶瓷，目前国内尚未见报道。3D打印技术在制造陶瓷材料方面具有很大优势，不依赖复杂模具和机械加工，并可根据材料不同的性能要求，开发出不同结构的陶瓷材料，这为复杂形状的部件制造提供了一种新的成型方法。
众所周知，先进陶瓷光固化成型的首要前提是可聚合的陶瓷料浆的制备。陶瓷料浆的性能不仅影响着随后的成型、预烧和烧结，还与原料的利用率、工艺效率和冷加工成本等密切关联。如何制备出能够光固化成型的、适用于3D打印技术的陶瓷料浆，是特种功能陶瓷技术领域亟待解决的主要课题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种3D打印用氧化铝陶瓷浆料，具有固相含量高的特点，本发明同时提供其制备方法和应用。
本发明所述的3D打印用氧化铝陶瓷浆料，由以下重量百分数的原料制成：
其中，所述的氧化铝配方料由以下重量百分数的原料制成：
所述的3D打印用氧化铝陶瓷浆料的制备方法，包括如下步骤：
(1)制备氧化铝配方料：按配方量分别称取氧化铝、氧化镧、氧化铌、氧化钇粉体，依次加入装有氧化铝研磨球的球磨罐中，其中，料球比为1：2，加入研磨介质，球磨4h后，干燥待用；
(2)氧化铝陶瓷料的制备：首先，将聚丙烯加热到180-200℃，保温30-40min；然后，降温至160-175℃，加入硬脂酸，保温至完全溶解；再降温至130-150℃，加入石蜡，140-160℃下混合均匀，将干燥的氧化铝配方料分批次加入，搅拌均匀后，得氧化铝陶瓷浆料。
所述的研磨介质为水。
氧化铝陶瓷料的制备优选为：
首先，将称量好聚丙烯加热到180-200℃，使其由白色粒状变为无色的稠状物质；然后，降温至160-175℃，加入硬脂酸，硬脂酸完全溶解后，冷至130-150℃，加入石蜡，140-160℃下混合均匀，呈白色粘稠状，将干燥后的氧化铝配方粉体分批次加入到上述粘稠状混合物中，用搅拌机搅拌均匀，得氧化铝陶瓷浆料。
所述的分批次优选为2-4次。
所述的3D打印用氧化铝陶瓷浆料有两种应用形式：第一种，氧化铝陶瓷浆料采用3D打印机直接成型各种个性化、复杂化、特殊化和高难度的异型精密部件；第二种，将氧化铝陶瓷浆料制备成氧化铝增材，应到用熔融沉积3D打印机上制备陶瓷材料。
所述的氧化铝增材的制备方法如下：
将氧化铝陶瓷浆料通过双螺杆挤出机在170-190℃下挤出拉长为直径1.75mm的细长条，然后在设备附带的水槽中冷却，成为氧化铝陶瓷增材。
综上所述，本发明的有益效果如下：
(1)本发明制备的氧化铝陶瓷浆料固相含量高，最高可达85％，适用于直接成型各种个性化、复杂化、特殊化和高难度的异型精密部件。
(2)将本发明氧化铝陶瓷浆料制成氧化铝增材，能够直接在熔融沉积3D打印机上使用。
(3)本发明所述的制备方法，简单易实施。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例中用到的所有原料除特殊说明外，均为市购。
实施例1
制备氧化铝粉体的固含量85％的氧化铝陶瓷浆料及增材：
(1)制备氧化铝配方料：利用电子天平(精度0.01g)称取球形氧化铝陶瓷粉1700g、氧化镧粉体1.7g、氧化铌粉体3.4g、氧化钇粉体1.7g，依次加入装有氧化铝研磨球的球磨罐中，料球比1：2，加入1000g水作为研磨介质，球磨4h后，干燥待用。
(2)氧化铝陶瓷料的制备：利用电子天平称量聚丙烯粉体220g加热到190℃，使其由白色粒状变为无色的稠状物质；降温至170℃，加入硬脂酸40g，硬脂酸完全溶解后，冷至140℃加入石蜡40g，继续加热至150℃，保温至混合均匀，呈白色粘稠状物质。将干燥的氧化铝配方料分三次加入到上述粘稠状物质中，用搅拌机搅拌均匀，得氧化铝陶瓷料。
(3)氧化铝增材的制备：设定双螺杆挤出机的温度，调节其在180℃，通过双螺杆挤出机将氧化铝陶瓷料再次混料并将料挤出拉长为直径1.75mm的细长条，在设备附带的水槽中冷却，成为氧化铝增材。
实施例2
制备氧化铝粉体的固含量80％的氧化铝陶瓷浆料及增材：
(1)制备氧化铝配方料：利用电子天平(精度0.01g)称取球形氧化铝陶瓷粉1600g、氧化镧粉体1.6g、氧化铌粉体3.2g、氧化钇粉体1.6g，依次加入装有氧化铝研磨球的球磨罐中，料球比1：2，加入1000g水作为研磨介质，球磨4h后，干燥待用。
(2)氧化铝陶瓷料的制备：利用电子天平称量聚丙烯粉体180g加热到180℃，使其由白色粒状变为无色的稠状物质；降温至160℃，加入硬脂酸20g，硬脂酸完全溶解后，冷至130℃加入石蜡200g，继续加热至150℃，保温至混合均匀，呈白色粘稠状物质。将干燥的氧化铝配方料分两次加入到上述粘稠状物质中，用搅拌机搅拌均匀，得氧化铝陶瓷料。
(3)氧化铝增材的制备：设定双螺杆挤出机的温度，调节其在170℃，通过双螺杆挤出机将氧化铝陶瓷料再次混料并将料挤出拉长为直径1.75mm的细长条，在设备附带的水槽中冷却，成为氧化铝增材。
实施例3
制备氧化铝粉体的固含量75％的氧化铝陶瓷浆料及增材：
(1)制备氧化铝配方料：利用电子天平(精度0.01g)称取球形氧化铝陶瓷粉1500g、氧化镧粉体1.5g、氧化铌粉体3.0g、氧化钇粉体1.5g，依次加入装有氧化铝研磨球的球磨罐中，料球比1：2，加入1000g水作为研磨介质，球磨4h后，干燥待用。
(2)氧化铝陶瓷料的制备：利用电子天平称量聚丙烯粉体220g加热到200℃，使其由白色粒状变为无色的稠状物质；降温至180℃，加入硬脂酸80g，硬脂酸完全溶解后，冷至160℃加入石蜡200g，150℃保温至混合均匀，呈白色粘稠状物质。将干燥的氧化铝配方料分四次加入到上述粘稠状物质中，用搅拌机搅拌均匀，得氧化铝陶瓷料。
(3)氧化铝增材的制备：设定双螺杆挤出机的温度，调节其在190℃，通过双螺杆挤出机将氧化铝陶瓷料再次混料并将料挤出拉长为直径1.75mm的细长条，在设备附带的水槽中冷却，成为氧化铝增材。

Claims (5)

1.一种3D打印用氧化铝陶瓷浆料，其特征在于：由以下重量百分数的原料制成：
其中，所述的氧化铝配方料由以下重量百分数的原料制成：
2.根据权利要求1所述的3D打印用氧化铝陶瓷浆料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)制备氧化铝配方料：按配方量分别称取氧化铝、氧化镧、氧化铌、氧化钇粉体，依次加入装有氧化铝研磨球的球磨罐中，其中，料球比为1：2，加入研磨介质，球磨4h后，干燥待用；
(2)氧化铝陶瓷料的制备：首先，将聚丙烯加热到180-200℃，保温30-40min；然后，降温至160-175℃，加入硬脂酸，保温至完全溶解；再降温至130-150℃，加入石蜡，140-160℃下混合均匀，将干燥的氧化铝配方料分批次加入，搅拌均匀后，得氧化铝陶瓷浆料。
3.根据权利要求2所述的3D打印用氧化铝陶瓷浆料的制备方法，其特征在于：所述的研磨介质为水。
4.一种权利要求1所述的3D打印用氧化铝陶瓷浆料的应用，其特征在于：有两种应用形式：第一种，氧化铝陶瓷浆料采用3D打印机直接成型各种个性化、复杂化、特殊化和高难度的异型精密部件；第二种，将氧化铝陶瓷浆料制备成氧化铝增材，应到用熔融沉积3D打印机上制备陶瓷材料。
5.根据权利要求4所述的3D打印用氧化铝陶瓷浆料的应用，其特征在于：所述的氧化铝增材的制备方法如下：
将氧化铝陶瓷浆料通过双螺杆挤出机在170-190℃下挤出拉长为直径1.75mm的细长条，然后在设备附带的水槽中冷却，成为氧化铝陶瓷增材。
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