CN1189428C - 用于激光烧结快速成型陶瓷零件的覆膜陶瓷粉末材料 - Google Patents
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Abstract
一种用于激光快速成型的覆膜陶瓷粉末的制作方法，涉及一种激光烧结快速成型陶瓷零件的覆膜陶瓷粉及其制作方法。目前制造陶瓷零件或模具的无压烧结、反应烧结、热压烧结等方法，对于复杂零件的坯体压模的制造成为其“瓶颈”，陶瓷零件的生产现状很难适应当前的市场竞争形势。利用激光烧结快速成型技术可直接得到复杂的陶瓷零件，但所采用的粉末材料要进行覆膜处理。目前覆膜陶瓷粉末材料的制备工艺尚无成熟的技术方案。本发明利用低熔点有机材料对陶瓷粉末进行表面包覆的工艺，组分配比确当，工艺步骤合理，制备的粉末烧结性能好，陶瓷产品质量优，生产周期短，成本低，具有广阔的应用前景。
Description
一、技术领域
本发明属于激光束加工零件类，涉及一种用于激光烧结快速成型陶瓷零件的覆膜陶瓷粉及其制作方法。
二、背景技术
氧化铝、氧化锆及碳化硅等陶瓷材料因为具有耐磨、耐腐蚀、耐高温等优异性能，所以广泛应用于机械、汽车、微电子、航空航天、建筑等工业领域，越来越受到重视。目前，制造陶瓷零件或模具的方法有无压烧结、反应烧结、热压烧结和热等静压烧结等。在利用上述这些方法制造形状复杂的陶瓷零件时，坯体压制模的制造成为其“瓶颈”，特别是在当前激烈竞争的市场经济中产品的更新换代日益加快，小批量、多品种是总的发展趋势，新产品的试制也越来越多，陶瓷零件的生产现状很难适应当前的市场形势。
应用激光烧结快速成型技术，可以自动而迅速地从三维CAD模型直接制得形状复杂的陶瓷零件或铸造用陶瓷型壳。制造工艺过程包括：首先将陶瓷粉末进行覆膜处理，即利用低熔点有机材料对陶瓷粉末进行表面包覆，制得覆膜陶瓷粉，然后利用激光烧结快速成型机，在较低的激光功率下对其进行逐层扫描烧结成型，成形件再经过脱脂、高温烧结等后处理工序，最后直接得到满足使用性能要求的陶瓷零件或模具。目前国内激光烧结快速成型技术已有研究，采用的粉末材料主要有塑料粉、腊粉、金属粉等，对于陶瓷粉末材料的制作工艺及其应用处于起步阶段，尚无成熟的技术方案。
三、发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，为了拓宽激光烧结技术所用成型粉末材料的范围，提供一种用于激光烧结快速成型陶瓷零件的覆膜陶瓷粉末材料，实现陶瓷零件的激光快速成型，使陶瓷产品具有质量高、成本低，生产周期短的优点。
本发明是通过以下技术方案来实现的。用于激光烧结快速成型陶瓷零件的覆膜陶瓷粉末材料的制作方法，是对被包覆的陶瓷粉末进行表面处理，然后与包覆溶液混合、烘干，再经磨碎、过筛，添加流动助剂粉末而成。
被包覆的陶瓷粉末是硅酸盐、铝酸盐以及其他陶瓷材料的微粉，其粒度为100目至500目。
对被包覆的陶瓷粉末的表面处理，其工艺步骤为：
(1)用稀碳酸钠溶液清洗油脂；
(2)用稀盐酸清洗氧化物；
(3)用清水洗涤后真空干燥；
(4)最后用润湿剂处理其表面，以提高被包覆陶瓷粉末与包覆溶液的结合性能。
润湿剂是：失水山梨醇单月桂酸脂类、烷基聚氧乙烯醚类，其用量以每1千克陶瓷粉加润湿剂1-5克。
包覆溶液的制备工艺步骤为：将润滑剂、分散剂、不同熔点的有机树脂，按比例放入有机溶剂中加热溶解成溶液。其组分比例是以每千克陶瓷粉配制润滑剂1-10克，分散剂0.01-0.02克，不同熔点的有机树脂共60-300克。
润滑剂是：石腊、硬脂酸、硬脂酸丁酯；分散剂是：非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、聚合型表面活性剂；不同熔点的有机树脂是：聚醋酸乙烯脂、聚丙烯酸脂、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、乙烯共聚物、聚酰胺类、热塑性聚酯。
不同熔点的有机树脂，其熔点温度范围为：80-100℃、110-130℃、140-160℃，配制比例分别为有机树脂总量的5-20％、60-80％、5-20％。
将所述的包覆溶液和表面处理后的陶瓷粉末，在双锥回转真空干燥机中混合、烘干，并回收溶剂。
将包覆的陶瓷粉在球磨机中进行粉碎加工、过筛，得到160目-300目粒度的粉末。
在加工好的粉末添加流动助剂：纳米氧化物或纳米陶瓷，其添加量为：每1千克陶瓷粉添加10-100克。
本发明的覆膜陶瓷粉末材料，由于组分配比确当，工艺步骤合理，制备的粉末材料烧结性能好，通过激光烧结快速成型技术得到的陶瓷产品质量优，与传统的陶瓷零件的制造工艺相比，具有生产周期短、成本低的优点。并且可以灵活地改变设计方案，实现柔性生产。广泛用于陶瓷结构件、功能件以及为精密铸造用陶瓷模型的制造业中。特别适合于多品种、变批量、复杂零件的新产品开发，具有广阔的应用前景。
四、具体实施方式：
实施例1、一种用于激光烧结快速成型陶瓷零件的覆膜陶瓷粉末材料，其组分与制作工艺步骤如下：
1、取1000克500目的被包覆氧化铝(Al2O3)粉，首先用稀碳酸钠溶液清洗表面油脂，再用稀盐酸清洗表面氧化物，然后用清水洗涤、真空干燥，最后用润湿剂：聚氧乙烯(20)失水山梨醇单月桂酸脂(吐温20)1克表面处理；
2、制备包覆溶液：将润滑剂：石腊1克，分散剂：非离子表面活性剂(BYK-W972)0.01克，不同熔点的有机树脂：EVA4克、聚丙烯酸脂50克，聚苯乙烯6克、在四氯化碳中加热溶解成溶液；
3、将上述包覆溶液和表面处理后的粉末，在双锥回转真空干燥机中混合、干燥，并回收溶剂；
4、将包覆的氧化铝(Al2O3)粉末在球磨机中进行研磨、过筛，得到300目的粉末；
5、在加工好的粉末中添加纳米二氧化硅粉末10克，改善其流动性，最终制得粒度为300目的覆膜氧化铝粉末。
实施例2、一种用于激光烧结快速成型陶瓷零件的覆膜陶瓷粉末材料，其组分与制作工艺步骤如下：
1、取1000克100目的碳化硅(SiC)粉，首先用稀碳酸钠溶液清洗表面油脂，再用稀盐酸清洗表面氧化物，然后用清水洗涤、干燥，最后用润湿剂：烷基聚氧乙烯醚(润湿剂JFC)5克处理表面；
2、制备包覆溶液：将润滑剂：硬脂酸10克，分散剂：聚合型表面活性剂(TEXAPHOR3601)0.015克，不同熔点的有机树脂：EVA25克，聚乙烯240克，热塑性聚酯35克，在四氯化碳中加热溶解成溶液；
3、将上述包覆溶液和表面处理后的粉末，在双锥回转真空干燥机中混合，干燥，并回收溶剂；
4、将包覆的碳化硅(SiC)粉末在球磨机中进行研磨、过筛，得到160目的粉末；
5、在加工好的粉末中添加纳米碳化硅粉50克，制得粒度为160目的覆膜碳化硅粉末。
实施例3、一种用于激光烧结快速成型陶瓷零件的覆膜陶瓷粉末材料，其组分与制作工艺步骤如下：
1、取1000克300目的氮化硅(Si3N4)粉，首先用稀碳酸钠溶液清洗表面油脂，再用稀盐酸清洗表面氧化物，然后用清水洗涤、干燥，最后用润湿剂：烷基聚氧乙烯醚(润湿剂JFC)3克处理表面；
2、制备包覆溶液：将润滑剂：石腊3克、分散剂：非离子表面活性剂(YD-10)0.02克，不同熔点的有机树脂：聚醋酸乙烯脂8克，EVA80克，聚苯乙烯12克，在四氯化碳中加热溶解成溶液；
3、将上述包覆溶液和表面处理后的粉末，在双锥回转真空干燥机中混合、干燥，并回收溶剂；
4、将包覆的氮化硅(Si3N4)粉末在球磨机中进行研磨、过筛，得到200目的粉末；
5、在加工好的粉末中添加纳米氮化硅粉100克，改善其流动性，制得粒度为200目的覆膜氮化硅粉末。
Claims (3)
1、一种用于激光快速成型陶瓷零件的覆膜陶瓷粉末，其特征在于所述的粉末材料，其组分以被包覆的硅酸盐、铝酸盐陶瓷粉末的重量为基准，每1千克所述陶瓷粉中添加：失水山梨醇单月桂酸脂类或烷基聚氧乙烯醚类的润湿剂1-5克，石腊或硬脂酸或硬脂酸丁酯的润滑剂1-10克，非离子表面活性剂或阴离子表面活性剂或聚合型表面活性剂的分散剂0.01-0.02克，聚醋酸乙烯脂、聚丙烯酸脂、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、乙烯共聚物、聚酰胺类、热塑性聚酯组合的不同熔点的有机树脂60-300克，二氧化硅粉或碳化硅或氮化硅粉的流动助剂10-100克，其制备工艺步骤为：
(1)对被包覆的所述陶瓷粉末进行表面处理；
(2)制备包覆溶液：将所述润滑剂、分散剂、不同熔点的有机树脂，按比例放入有机溶剂中加热溶解；
(3)将表面处理后的所述陶瓷粉末放入包覆溶液中混合、烘干；
(4)将包覆后的所述陶瓷粉末磨碎、过筛；
(5)添加所述流动助剂。
2、按照权利要求1所述的覆膜陶瓷粉末，其特征在于所述的对被包覆的陶瓷粉末的表面进行处理的方法是：首先用稀碳酸钠溶液清洗油脂，再用稀盐酸清洗氧化物，然后用清水洗涤后真空干燥，最后用所述润湿剂处理表面。
3、按照权利要求1所述的覆膜陶瓷粉末，其特征在于所述的不同熔点的有机树脂，其熔点温度范围为：80-100℃、110-130℃、140-160℃，其配制比例分别为有机树脂总量的5-20％、60-80％、5-20％。
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