CN108456002B - 一种适用于自修复/自增强的基于光固化成型的3d打印陶瓷部件的方法 - Google Patents

一种适用于自修复/自增强的基于光固化成型的3d打印陶瓷部件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种适用于自修复的/自增强基于光固化成型的3D打印陶瓷部件的方法，包括以下步骤：A)将光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体进行预烧或冷等静压处理后，置于该种陶瓷对应的阳离子盐的浸渗液中进行自浸渗处理，再加入碱性溶液进行原位沉淀，干燥，得到经过自浸渗和原位沉淀的坯体；所述浸渗液选自浓度为0.1～10mol/L的多孔3D打印陶瓷坯体相应陶瓷元素的阳离子溶液；B)将所述经过自浸渗和原位沉淀的坯体进行烧结，得到自修复/自增强的3D打印陶瓷部件。

Description

一种适用于自修复/自增强的基于光固化成型的3D打印陶瓷 部件的方法
技术领域
本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种适用于自修复/自增强的基于光固化成型的3D打印陶瓷部件的方法。
背景技术
陶瓷材料除了具有耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度、高化学稳定性和良好生物相容性等结构陶瓷特点外，其还具备透光、透波、激光等功能特性，已在能源、机械、军工、电子、半导体、医学等高技术领域得到了不少的应用。但传统的陶瓷制备方法均存在复杂形状部件难成型问题，这在一定程度上限制了陶瓷部件的应用，因而寻求一种简单可行的透明陶瓷复杂部件的制备方法十分必要。
3D打印技术中的DLP光固化成型技术(Digital Light Processing，缩写DLP)，其原理如图1所示，通过计算机控制特定波长的激光在浆料平台进行特定形状平面照射，经一定时间后使陶瓷浆料选择性固化，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在垂直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面，如此层层叠加构成一个陶瓷坯体。该方法能有效实现复杂形状陶瓷部件的制备。然而，通过光固化成型制备的陶瓷部件在经过脱脂处理后，其内部易产生较多微观缺陷；并且在实际成型过程中，为保证形状精度，所使用的陶瓷光固化浆料固相含量(陶瓷粉末占光固化浆料的比例)一般较低，导致脱脂后的坯体密度常低于传统方法制备的陶瓷坯体密度。以上两点均不利于光固化陶瓷部件的最终烧结，其具体表现可体现在最终陶瓷烧结体的致密度、力学性能等参数降低。本专利提出一种自修复/自增强的3D打印陶瓷部件的方法，其特征在于在经过脱脂后的预烧3D打印坯体中浸渗含有该种陶瓷对应的阳离子的盐的前驱体溶液，再进行原位沉淀得到该种陶瓷的沉淀物以此来达到填补坯体孔洞结构而增加密度从而最终达到增加烧结体密度的目的。与传统液相前驱体浸渗技术不同的是，传统的液相前驱体浸渗均是浸渗与坯体对应的陶瓷不同的阳离子盐溶液以实现均匀掺杂得到复合材料，而该方法是浸渗与陶瓷基体坯体对应的阳离子以沉淀得到陶瓷基体的沉淀物的自修复方法。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种适用于自修复/自增强基于光固化成型的3D打印陶瓷部件的方法，通过该方法所自修复/自增强的陶瓷部件，其在保证同等形状精度的同时，其力学性能等参数均接近于传统方法制备的陶瓷部件。本方法简单易行，快速方便，对于自修复/自增强光固化成型制备陶瓷部件具有良好的应用前景。
本发明提供了一种适用于自修复/自增强基于光固化成型的3D打印陶瓷部件的方法，包括以下步骤：
A)将光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体进行预烧或冷等静压处理后，置于浸渗液中进行浸渗处理，再加入碱性溶液进行原位沉淀，干燥，得到前驱体；
所述浸渗液选自浓度为0.1～10mol/L的多孔3D打印陶瓷坯体相应陶瓷元素的阳离子溶液；
B)将所述经过自浸渗和原位沉淀的坯体进行烧结，得到自修复/自增强的3D打印陶瓷部件。
优选的，所述光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体的制备方法为：
a)配置光敏树脂与陶瓷浆料的混合溶液，得到光固化陶瓷浆料；
b)将所述光固化陶瓷浆料通过3D打印后，光固化成型，得到陶瓷坯体；
c)将所述陶瓷坯体脱脂得到多孔3D打印陶瓷坯体。
优选的，所述光固化陶瓷浆料按照如下方法进行配置：
1)将陶瓷粉体、分散剂和乙醇混合球磨，烘干，得到复合粉体；
2)将光敏树脂单体、分散剂和消泡剂混合，得到预混液；
3)将烧结助剂、所述预混液和所述复合粉体混合球磨，超声搅拌以及真空除泡处理，得到光固化陶瓷浆料，所述烧结助剂选自消泡剂、分散剂和表面改性剂中的一种或多种。
优选的，所述脱脂的方法为两步脱脂法：
将陶瓷坯体进行真空脱脂或者在保护气氛条件下脱脂处理后，再在空气条件下进行脱脂处理。
优选的，所述光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体的孔隙率为30％～60％，密度为70％～40％；
经过预烧或冷等静压处理后的光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体的孔隙率为40％～60％，密度为60％～40％。
优选的，所述预烧处理中，升温速率为1～10℃/min，预烧温度为800～1200℃，保温1～3h；
所述冷等静压处理中，升压速率为20～100MPa/min，最高压力为100～250MPa并保压1～6min。
优选的，所述多孔3D打印陶瓷坯体为氧化铝陶瓷坯体，所述阳离子溶液为含有Al3+的溶液；
所述多孔3D打印陶瓷坯体为氧化锆陶瓷坯体，所述阳离子溶液为含有Zr4+的溶液。
本发明提供的多孔3D打印陶瓷坯体不限于氧化铝陶瓷坯体或氧化锆陶瓷坯体，只要是适用于多孔3D打印陶瓷坯体都可适用于本发明，相应的浸渗液为多孔3D打印陶瓷坯体相对应的陶瓷元素的阳离子盐溶液。
优选的，所述浸渗处理的时间为1～24小时。
优选的，所述碱性溶液选自NH3·H2O、NH4HCO3或(NH4)2CO3的一种或多种混合溶液。
优选的，所述烧结工艺为常压烧结，热等静压烧结、放电等离子烧结及氢气气氛烧结中的一种或多种，其中，
常压烧结的温度为1300～1650℃并保温1～4h；
热等静压烧结的温度为1150～1550℃并保温1～4h；
氢气气氛烧结的温度为1650～1850℃并保温1～4h；
放电等离子烧结的温度为1000～1400℃并保温3～10min。
与现有技术相比，本发明提供了一种适用于自修复/自增强基于光固化成型的3D打印陶瓷部件的方法，包括以下步骤：A)将光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体进行预烧或冷等静压处理后，置于浸渗液中进行浸渗处理，再加入碱性溶液进行原位沉淀，干燥，得到经过自浸渗和原位沉淀的坯体；所述浸渗液选自浓度为0.1～10mol/L的多孔3D打印陶瓷坯体相应陶瓷元素的阳离子溶液；B)将所述经过自浸渗和原位沉淀的坯体进行烧结，得到自修复/自增强的3D打印陶瓷部件。本发明通过采用预烧或冷等静压处理等方法对成型坯体进行预处理，以改善其内部的气孔分布，再采用浸渗-原位沉淀法渗入相应的陶瓷坯体元素，通过对工艺参数的调控，有效地修复了脱脂坯体中存在的微观裂痕并提高了其坯体密度，最后通过烧结得到了致密度更高、力学性能更优的陶瓷部件。通过该方法所自修复/自增强的陶瓷部件，其在保证同等形状精度的同时，其力学性能等参数均接近于传统方法制备的陶瓷部件。本方法简单易行，快速方便，对于自修复/自增强光固化成型制备陶瓷部件具有良好的应用前景。
附图说明
图1为光固化成型设备的工作原理示意图；
图2为实施例1制备的陶瓷样品图，其中左边为0mol/L浓度组别，中间与右边为7.5mol/L浓度组别。
具体实施方式
本发明提供了一种适用于自修复/自增强基于光固化成型的3D打印陶瓷部件的方法，包括以下步骤：
A)将光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体进行预烧或冷等静压处理后，置于浸渗液中进行浸渗处理，再加入碱性溶液进行原位沉淀，干燥，得到经过自浸渗和原位沉淀的坯体；
所述浸渗液选自浓度为0.1～10mol/L的多孔3D打印陶瓷坯体相对应的陶瓷元素的阳离子盐溶液；
B)将所述经过自浸渗和原位沉淀的坯体进行烧结，得到自修复/自增强的3D打印陶瓷部件。
本发明首先将光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体进行预烧或冷等静压处理。
其中，所述光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体的制备方法为：
a)配置光敏树脂预混液与陶瓷浆料的混合溶液，得到光固化陶瓷浆料；
b)将所述混合溶液通过3D打印后，光固化成型，得到陶瓷坯体；
c)将所述陶瓷坯体脱脂得到多孔3D打印陶瓷坯体。
首先，配置光敏树脂与陶瓷浆料的混合溶液。
所述光固化陶瓷浆料按照如下方法进行配置：
1)将陶瓷粉体、分散剂和乙醇混合球磨，烘干，得到复合粉体；
2)将光敏树脂单体、分散剂和消泡剂混合，得到预混液；
3)将烧结助剂、所述预混液和所述复合粉体混合球磨，超声搅拌以及真空除泡处理，得到光固化陶瓷浆料，所述烧结助剂选自消泡剂、分散剂和表面改性剂中的一种或多种。
先将陶瓷粉体、分散剂和乙醇混合球磨，烘干，得到复合粉体。其中，所述陶瓷粉体只要能够使制备得到的陶瓷坯体满足以下条件即可：
1)坯体含有一定数量可供溶液流动的通孔；
2)坯体具备一定强度，在溶液中不被损坏，不会被破坏整体结构；
3)坯体的通孔可以容纳同种阳离子的盐溶液，且能使阳离子在碱性条件生成难溶物、沉淀。
在本发明中，所述陶瓷粉体选自氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷、氧化镁陶瓷或氧化钇陶瓷。
所述分散剂选自甲基戊醇、聚丙烯酰胺和脂肪酸聚乙二醇酯的一种或多种。
所述陶瓷粉体和分散剂的质量比优选为100:1～100:3。
将光敏树脂单体、分散剂和消泡剂混合，得到预混液。
其中，所述光敏树脂单体包括但不限于乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇、N–N’亚甲基双丙烯酰胺、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种。
所述分散剂选自甲基戊醇、聚丙烯酰胺和脂肪酸聚乙二醇酯的一种或多种；
所述消泡剂选自聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的一种或多种；
所述光敏树脂单体、分散剂和消泡剂的质量比为100:1:1～100:3:3。
在本发明中，对所述复合粉体和预混液的制备顺序没有特殊限制。
接着，将烧结助剂、所述预混液和所述复合粉体混合球磨，超声搅拌以及真空除泡处理，得到光固化陶瓷浆料，所述烧结助剂选自消泡剂、分散剂和表面改性剂中的一种或多种。
所述消泡剂选自聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚、聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚和聚二甲基硅氧烷中的一种或多种；
所述分散剂选自甲基戊醇、聚丙烯酰胺和脂肪酸聚乙二醇酯的一种或多种；
所述表面改性剂选自铝酸酯偶联剂和硬脂酸中的一种或多种；
所述超声搅拌处理时间为5～15min，真空除泡处理时间为20～30min。
将所述光固化陶瓷浆料通过3D打印后，光固化成型，得到陶瓷坯体。其中，本发明对所述3D打印的方法以及光固化成型的方法没有特殊限制，本领域技术人员共知的方法即可。
其中，所述光固化工艺参数包括但不限于激光波长、曝光时间、分层厚度、添加支撑密度。
更优选的，激光波长范围为365～405nm波长，曝光时间范围为1～30s,分层厚度为10～100μm，添加支撑密度范围为10～500/mm2。
得到陶瓷坯体后，将所述陶瓷坯体脱脂得到多孔3D打印陶瓷坯体。
所述脱脂的方法为两步脱脂法：
将陶瓷坯体进行真空脱脂或者在保护气氛条件下脱脂处理后，再在空气条件下进行脱脂处理。
具体是：先对坯体进行真空脱脂或在保护气氛条件下脱脂处理，采用真空排胶或气氛保护排胶可降低坯体中有机物的裂解速率，从而减少坯体出现开裂、鼓泡等缺陷。再对坯体进行空气脱脂处理，通过空气排胶可除去坯体中因真空排胶或气氛保护排胶而残留的碳。
其中，所述真空脱脂或在保护气氛条件下脱脂的条件是：
将坯体置于负压的排胶炉内或惰性气体或N2保护的排胶炉内，以0.1～10℃/min的速率升温至650～1000℃并保温1～7h，且升温过程中每隔100～150℃保温0～120min；接着，坯体在负压的排胶炉内或惰性气体或N2保护的排胶炉内冷却至室温。进一步优选的，所述负压的排胶炉是指排胶炉内的真空度大于或等于0.09MPa。更优选的，所述真空脱脂升温速率是5℃/min，最高温度是600℃，保温时间是5h。
在空气条件下进行脱脂处理的条件为：
将坯体置于空气气氛的排胶炉中，以3～5℃/min的速率升温至600～800℃并保温2～4h；然后坯体随炉冷却至室温。更优选的，所述升温速率是5℃/min，最高温度是800℃，保温时间是5h。
所述光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体的孔隙率为30％～60％，优选为40％～50％，密度为70％～40％，优选为60％～50％。
对于光固化坯体(未进行最后烧结)，常采用几何法(即密度除以体积)计算其密度，且默认1减去密度值即为其孔隙率。
将制备得到的光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体进行预烧或冷等静压处理，以提高坯体强度及改善气孔分布。
所述预烧处理中，升温速率为1～10℃/min，优选为5～10℃/min，预烧温度为800～1200℃，优选为900～1100℃，在预烧温度条件下保温1～3h，优选为1.5～2.5h；优选的，所述预烧工艺中，升温速率是10℃/min，最高温度是1000℃，保温时间为3h。
所述冷等静压处理中，升压速率为20～100MPa/min，优选为40～80MPa/min，最高压力为100～250MPa，优选为180～250MPa，并保压1～6min，优选为3～5min。优选的，所述冷等静压工艺中，升压速率是50MPa/min，最高压力是250MPa，保压时间为5min。
经过预烧或冷等静压处理之后，得到的光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体的孔隙率为40％～60％，优选为45％～55％，密度为60％～40％，优选为55％～45％。
坯体预烧或冷等静压后的强度、孔隙率等参数受众多因素影响，包括陶瓷材料种类、成型方法、处理工艺等。以氧化铝为例，原始坯体的孔隙率为53％，密度为47％，在1000～1200℃下对氧化铝坯体进行预烧，其相关数据如下表1所示。
表1 1000～1200℃下对氧化铝坯体进行预烧后的孔隙率和密度
Figure BDA0001573993670000071
在本发明中，为了保证获取较为合适的孔隙率，在进行光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体的制备过程中，步骤b)之后，步骤c)之前，还包括将陶瓷坯体进行上述同样工艺参数的冷等静压处理和预烧处理，优选的，采用先预烧后冷等静压处理，或者先冷等静压处理后预烧处理，或者仅采用冷等静压处理。不同材料、不同坯体采用不同处理工艺，以便更好地控制其孔隙率。。
接着，将处理后的多孔3D打印陶瓷坯体置于浸渗液中进行浸渗处理，
所述浸渗液选自浓度为0.1～10mol/L的多孔3D打印陶瓷坯体相应陶瓷元素的阳离子溶液；所述浸渗液阳离子浓度优选为0.5～10mol/L。
本专利选用高浓度的离子溶液作为浸渗液，可以实现坯体密度的显著提高。在高浓度条件下，浸渗液中的离子在碱性条件下能生成大量的沉淀(颗粒)，在后续的热分解后，这些颗粒将大量分布于坯体内部，并且在对于光固化制备的坯体其中可能产生的微观裂纹、空洞等缺陷，实现一定程度上的修复。
所用浸渗液由溶质和溶液组成。
所述溶质选自相应陶瓷材料的阳离子元素盐化合物。
优选的，所述溶液溶剂为去离子水和乙醇中的至少一种。
更优选的，溶质与溶剂按比例混好后，超声处理10～60min，得到混合均匀的浸渗液。
更优选的，所述超声处理时间是15min。
所述多孔3D打印陶瓷坯体为氧化铝陶瓷坯体，所述阳离子溶液为含有Al3+的溶液；
所述多孔3D打印陶瓷坯体为氧化锆陶瓷坯体，所述阳离子溶液为含有Zr4+的溶液；
所述多孔3D打印陶瓷坯体为氧化镁陶瓷坯体，所述阳离子溶液为含有Mg2+的溶液；
所述多孔3D打印陶瓷坯体为氧化钇陶瓷坯体，所述阳离子溶液为含有Y3+的溶液。
所述浸渗处理的时间为1～24小时，优选为4～20小时。
在本发明中，为了提高浸渗效果，优选将多孔3D打印陶瓷坯体置于负压的装有混合均匀的浸渗溶液的容器中，真空度大于或等于0.08MPa。更优选的，真空度是0.08MPa。
浸渗处理后，再加入碱性溶液进行原位沉淀，干燥，得到经过自浸渗和原位沉淀的坯体；
所述碱性溶液选自NH3·H2O、NH4HCO3或(NH4)2CO3的一种或多种混合溶液。
原位沉淀结束后，将坯体进行干燥，得到经过自浸渗和原位沉淀的坯体。
所述干燥为：将坯体置于烘箱中干燥6～24h，温度为30～100℃。更优选的，所述干燥时间是6h，温度是70℃。
最后，将所述经过自浸渗和原位沉淀的坯体进行烧结，得到自修复/自增强的3D打印陶瓷部件。
对于陶瓷部件，坯体阶段的坯体密度高低，对于后续烧结性能是有很大影响的。在相同烧结温度下，高坯体密度的坯体其力学性能也往往较高；在另一方面，在要求力学性能相近的情况下，高坯体密度的坯体所需要的烧结条件同样更易于实现(如温度更低、压力更小等)。因为通过本专利能提高陶瓷部件的力学性能。
在本发明中，所述烧结工艺使用的烧结炉为硅钼棒发热体的烧结炉或石墨电极烧结炉。
优选的，所述烧结处理所述烧结工艺为常压烧结，热等静压烧结、放电等离子烧结及氢气气氛烧结中的一种或多种。
其中，所述烧结可以为H2气氛烧结，其步骤是：
将经过自浸渗和原位沉淀的坯体置于氢气烧结炉中，以10～15℃/min的速率升温至1650～1850℃并保温1～4h，然后随炉冷却，得到陶瓷部件。
更优选的，所述H2气氛烧结升温速率是10℃/min，最高温度是1800℃，保温时间是2h。
所述烧结工艺也可以为采用常压烧结与热等静压烧结的结合烧结，步骤为：
将经过自浸渗和原位沉淀的坯体置于烧结炉中进行常压烧结，以10～15℃/min的速率升温至1300～1650℃并保温1～4h，随后以10～15℃/min的速率降温至800～1000℃，然后随炉冷却。而后将坯体进行热等静压烧结，以10～15℃/min的速率升温至1150～1550℃并保温1～4h，然后随炉冷却，得到陶瓷部件。
更优选的，所述常压烧结的升温速率是10℃/min，最高温度是1550℃，保温时间是2h，降温速率是10℃/min，所选降温停止温度是800℃。所述热等静压烧结的升温速率是10℃/min，最高温度是1400℃，保温时间是1h。
本发明通过采用预烧或冷等静压处理等方法对成型坯体进行预处理，以改善其内部的气孔分布，再采用浸渗-原位沉淀法渗入相应的陶瓷坯体元素，通过对工艺参数的调控，有效地修复了脱脂坯体中存在的微观裂痕并提高了其坯体密度，最后通过烧结得到了致密度更高、力学性能更优的陶瓷部件。通过该方法所自修复/自增强的陶瓷部件，其在保证同等形状精度的同时，其力学性能等参数均接近于传统方法制备的陶瓷部件。本方法简单易行，快速方便，对于自修复/自增强光固化成型制备陶瓷部件具有良好的应用前景。
本专利提出一种自修复/自增强的3D打印陶瓷部件的方法，经过脱脂后的预烧3D打印坯体中浸渗含有该种陶瓷对应的阳离子的盐的前驱体溶液，再进行原位沉淀得到该种陶瓷的沉淀物以此来达到填补坯体孔洞结构而增加密度从而最终达到增加烧结体密度的目的。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的适用于自修复/自增强基于光固化成型的3D打印陶瓷部件的方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
(一)坯体制备
以乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、甲基戊醇、聚二甲基硅氧烷等按100:2:2比例制备光固化预混液，再将其与氧化铝陶瓷粉末按36vol％固相含量(即陶瓷粉末占光固化陶瓷浆料的体积比)混合，以制备氧化铝光固化浆料。优化选择光固化主要工艺参数曝光时间为6s，分层厚度为10μm，随后将光固化陶瓷浆料进行光固化处理，得到的氧化铝坯体，先进行真空脱脂，而后进行空气脱脂，升温速率均为5℃/min，最高温度为650℃，保温时间为2h。然后进行预烧处理，预烧温度为1100℃，升温速率为5℃/min，保温时间为2h。预烧后得到的坯体的孔隙率为63.5％，密度为36.5％。
(二)浸渗溶液配制
根据不通浓度配制溶液，0.1～10mol/L的Al3+(具体参见表1),按照浓度要求称取所需溶质和溶剂，其中，溶质为AlCl3·6H2O，溶质为去离子水，并超声15min得到浸渗溶液。
(三)浸渗-原位沉淀
将(一)中脱脂后的氧化铝坯体置于混合均匀的浸渗溶液(二)中，浸渗时间为4h，浸渗完毕后，用纸巾擦去氧化铝坯体表面的溶液，随后放入NH3·H2O中，时间为15min。
(四)干燥
将(三)中得到的浸渗-原位沉淀的氧化铝坯体放入烘箱中，温度为60℃，时间为12h。
(五)烧结
将干燥后的坯体置于常压烧结炉中，以10℃/min的速率升温至1600℃并保温2h，然后随炉冷却，得到氧化铝陶瓷材料。不通浓度参数对应的自修复/自增强效果如下表2所示。
表2不通浓度参数对应的自修复/自增强效果
Figure BDA0001573993670000111
实施例2氧化锆
(一)坯体制备
以乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、甲基戊醇、聚二甲基硅氧烷等按100:2:2比例制备光固化预混液，再将其与氧化铝陶瓷粉末按37vol％固相含量(即陶瓷粉末占光固化陶瓷浆料的体积比)混合，以制备氧化锆光固化浆料。优化选择光固化主要工艺参数曝光时间为6s，分层厚度为10μm，随后将光固化陶瓷浆料进行光固化处理，得到的氧化铝坯体，先进行真空脱脂，而后进行空气脱脂，升温速率均为5℃/min，最高温度为650℃，保温时间为2h。然后进行预烧处理，预烧温度为1100℃，升温速率为5℃/min，保温时间为2h。预烧后得到的坯体的孔隙率为63％，密度为37％。
(二)浸渗溶液配制
根据不通浓度配制溶液，0.1～10mol/L的Zr4+(具体参见表3),按照浓度要求称取所需溶质和溶剂，其中，溶质为Zr(NO3)4·5H2O，溶质为去离子水，并超声15min得到浸渗溶液。
(三)浸渗-原位沉淀
将(一)中脱脂后的氧化锆坯体置于混合均匀的浸渗溶液(二)中，浸渗时间为4h，浸渗完毕后，用纸巾擦去氧化锆坯体表面的溶液，随后放入NH3·H2O中，时间为15min。
(四)干燥
将(三)中得到的浸渗-原位沉淀的氧化锆坯体放入烘箱中，温度为60℃，时间为12h。
(五)烧结
将干燥后的坯体置于常压烧结炉中，以10℃/min的速率升温至1400℃并保温2h，然后随炉冷却，得到氧化锆陶瓷材料。不通浓度参数对应的自修复/自增强效果如下表3所示。
表3不同浓度参数对应的自修复/自增强效果
Figure BDA0001573993670000121
以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于自修复/自增强的基于光固化成型的3D打印陶瓷部件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)将光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体进行预烧或冷等静压处理后，置于浸渗液中进行浸渗处理，再加入碱性溶液进行原位沉淀，干燥，得到经过自浸渗和原位沉淀的坯体；
所述浸渗液选自浓度为0.1～10mol/L的多孔3D打印陶瓷坯体相对应的陶瓷元素的阳离子盐溶液；
B)将所述经过自浸渗和原位沉淀的坯体进行烧结，得到自修复/自增强的3D打印陶瓷部件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体的制备方法为：
a)配置光敏树脂预混液与陶瓷浆料的混合溶液，得到光固化陶瓷浆料；
b)将所述光固化陶瓷浆料通过3D打印后，光固化成型，得到陶瓷坯体；
c)将所述陶瓷坯体脱脂得到多孔3D打印陶瓷坯体。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光固化陶瓷浆料按照如下方法进行配置：
1)将陶瓷粉体、分散剂和乙醇混合球磨，烘干，得到复合粉体；
2)将光敏树脂单体、分散剂和消泡剂混合，得到预混液；
3)将烧结助剂、所述预混液和所述复合粉体混合球磨，超声搅拌以及真空除泡处理，得到光固化陶瓷浆料，所述烧结助剂选自消泡剂、分散剂和表面改性剂中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述脱脂的方法为两步脱脂法：
将陶瓷坯体进行真空脱脂或者在保护气氛条件下脱脂处理后，再在空气条件下进行脱脂处理。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体的孔隙率为30％～60％，密度为70％～40％；
经过预烧或冷等静压处理后的光固化成型的多孔3D打印陶瓷坯体的孔隙率为40％～60％，密度为60％～40％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预烧处理中，升温速率为1～10℃/min，预烧温度为800～1200℃，保温1～3h；
所述冷等静压处理中，升压速率为20～100MPa/min，最高压力为100～250MPa并保压1～6min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔3D打印陶瓷坯体为氧化铝陶瓷坯体，所述阳离子溶液为含有Al3+的溶液；
所述多孔3D打印陶瓷坯体为氧化锆陶瓷坯体，所述阳离子溶液为含有Zr4+的溶液。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸渗处理的时间为1～24小时。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性溶液选自NH3·H2O、NH4HCO3或(NH4)2CO3的一种或多种混合溶液。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烧结工艺为常压烧结，热等静压烧结、放电等离子烧结及氢气气氛烧结中的一种或多种，其中，
常压烧结的温度为1300～1650℃并保温1～4h；
热等静压烧结的温度为1150～1550℃并保温1～4h；
氢气气氛烧结的温度为1650～1850℃并保温1～4h；
放电等离子烧结的温度为1000～1400℃并保温3～10min。
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