WO2018124921A1 - Способ получения органозоля - Google Patents
Способ получения органозоля Download PDFInfo
- Publication number
- WO2018124921A1 WO2018124921A1 PCT/RU2017/000140 RU2017000140W WO2018124921A1 WO 2018124921 A1 WO2018124921 A1 WO 2018124921A1 RU 2017000140 W RU2017000140 W RU 2017000140W WO 2018124921 A1 WO2018124921 A1 WO 2018124921A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- organosol
- metal
- target
- magnetron
- solvent
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 42
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 11
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 5
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims description 5
- LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M Cetrimonium bromide Chemical compound [Br-].CCCCCCCCCCCCCCCC[N+](C)(C)C LZZYPRNAOMGNLH-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 125000005210 alkyl ammonium group Chemical group 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001451 polypropylene glycol Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 3
- 239000011135 tin Substances 0.000 claims description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N triethylene glycol Chemical compound OCCOCCOCCO ZIBGPFATKBEMQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 9
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 9
- 239000000047 product Substances 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 2
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 2
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000008207 working material Substances 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000005495 cold plasma Effects 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009738 saturating Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000012209 synthetic fiber Substances 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/12—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from gaseous material
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
- B33Y70/10—Composites of different types of material, e.g. mixtures of ceramics and polymers or mixtures of metals and biomaterials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
Definitions
- the invention relates to processes for the deposition of metal sprayed with 5 magnetron to obtain a metal-containing colloid (organosol), used, in particular, for 3D printing.
- reaction products 15 is contaminated with difficult to remove reaction products, which, when mixed with a binder, can react with it, violating the composition and properties of the final product.
- patent RU 121812 is a method in which a working chamber containing a cathode-spraying unit is pumped out to a vacuum of order
- a mixture of working gases is introduced to a pressure of about 0.1 Pa.
- the mixture of working gases is evenly distributed along the length of the magnetron and then through the central channels in the central insert enters the zone of the magnetron discharge.
- the sprayed target material is deposited on the product, including on the camera parts.
- the technical problem to which the invention is directed is the need to create a method for obtaining a homogeneous and resistant to coagulation and precipitation of an organosol containing particles of a material of 2-50 nm in size (nanoparticles) and intended, in particular, for ZR printing by metal.
- the use of the magnetron sputtering process is proposed.
- the specified technical result is achieved due to the fact that in the method of producing an organosol in a discharged medium using a magnetron, a plasma discharge is created by sputtering a target from a metal material, particles of which are deposited in an organic-based composition
- a metal selected from the group can be used: copper, titanium, aluminum, nickel, iron, tin, silver, gold, platinum.
- an alloy based on a metal base can be used as the metal material of the target.
- an organic polyester solvent or a monoester solvent can be used as the solvent.
- a substance selected from the group may be used: polyethylene glycol, triethylene glycol, polypropylene glycol.
- a surfactant based on polymers of alkyl ammonium salts can be used.
- Cetyltrimethylammonium bromide can be used as a stabilizer.
- a low-pressure chamber with installed equipment for supplying an inert gas and with a magnetron can be used, on which the target is placed, and on the bottom of the chamber is a tank with a carrier medium based on an organic solvent and stabilizer.
- FIG. 1-2 The basic equipment for implementing the inventive method for producing an organosol and for using the resulting organosol as a result of the method is shown in FIG. 1-2, which depict:
- FIG. 1 installation for producing organosols of metals by magnetron sputtering
- FIG. 2 is a schematic diagram of a ZR printer for printing with an organosol.
- the method is implemented as follows.
- the method used the installation for producing organosols by deposition of cold plasma in an inert medium. s To do this, use a low-pressure chamber 1 with equipment for supplying an inert gas 2, with a magnetron 3 installed in it.
- a target 4 of working metal is placed on the surface of the magnetron 3, and a tank with a carrier medium 5 is placed on the bottom of the low-pressure chamber 1, for which 5 a composition based on an organic solvent and stabilizer is used.
- target 4 Under the influence of plasma ions, target 4 undergoes magnetron sputtering, while metal particles 7 knocked out by ions move in the direction of the magnetic field lines and are deposited in the binder layer of carrier medium 5, gradually saturating it until the desired concentration of organosol is reached.
- the working pressure in the chamber 1 is in the range from 0.05 to 1.5 Pa. Argon is used as the main working gas.
- the power supplied to the magnetron 3 can be in the range from 0.1 to 50 kW at a voltage in the range from 100 to 1000 V and current from 1 to 50 A.
- the magnetic field 20 at a distance of 10–20 mm from the target surface is in the range 0.03–0.1 T.
- a plasma discharge 6 is then formed in chamber 1.
- the target Under the influence of a plasma discharge 6, the target is subjected to magnetron sputtering at a deposition rate of the metal in the carrier medium 5,
- the application of the method is intended primarily for the production of sols of copper, titanium, gold and silver, however, with sufficient plasma parameters using this method it is possible to obtain organosols of any metals, for example, aluminum, nickel, iron, tin, platinum and alloys on their basis.
- an organic solvent inert to the deposited metals as a carrier medium for an organosol.
- Surfactants used to prevent coagulation and to slow the deposition of metal nanoparticles in the organosol should be inert with respect to the carrier medium 5 and safe from the point of view of further use in the printer.
- CTAB cetyltrimethylammonium bromide
- the carrier medium 5 for the formation of an organosol a composition based on a polyester solvent is used and
- the maximum concentration of metal in the organosol can reach 40% or more by weight.
- the higher the metal content in the organosol the higher the consumer properties of the organosol as a starting material for 3D
- One of the directions of application of the proposed method is 3D printing using an organosol obtained by the indicated method instead of widely used microdispersed metal powders.
- laser sintering technology is most widely used for ZR printing with metal.
- the essence of the technology is the "drawing" of the cut profile of the manufactured part in a thin beam of metal powder with a particle size of 5-20 microns deposited on the printer’s working platform with a laser beam. Sintering or melting under a laser beam, the powder forms a solid mass. Once the cut is fully formed, a new layer of material is applied to the surface,
- the technology has a number of significant disadvantages, including:
- the principle of operation of the printer is similar at the same time as existing 3D printers for printing with plastic and with conventional inkjet printers for printing on paper.
- the printhead 10 is precision positioned in three dimensions.
- One or more organosols extruded through a die 13 in the head into the working field is supplied to the printhead through flexible hoses 11 from the reservoirs 12.
- a laser beam 15 is directed to the working field.
- the binder of the organosol evaporates at the focus of the beam, and the metal particles melt, forming the surface of the printed product.
- the printer head sequentially forms the product layers.
- the thickness of the printed layers, the printing speed and the quality of the printed product are regulated by changing the volume of the organosol squeezed out through the die.
- Such a printer device completely eliminates the problems typical for existing powder printing technologies with internal voids of parts and increased material consumption, and a reduction in the particle size of metal particles in an organosol as compared to a powder allows reducing the influence of the product rib problem.
- Variations of the proposed method including the composition of the carrier medium, the type of magnetron and the target material, as well as the magnetron sputtering parameters do not change the essence of the invention, but only determine its specific embodiment.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
Abstract
Изобретение относится к процессам получения металлосодержащего органозоля, применяемого, в частности, для 3D печати, методом осаждения распылённой магнетроном металлической мишени. Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение процесса получения и повышение качества получаемого органозоля. В разряжённой среде с помощью магнетрона создают плазменный разряд, обеспечивая распыление мишени из металлического материала, частицы которой осаждают в композицию на основе органического растворителя и стабилизатора с образованием органозоля.
Description
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОРГАНОЗОЛЯ
Изобретение относится к процессам осаждения распылённого с помощью 5 магнетрона металла для получения металлосодержащего коллоида (органозоля), применяемого, в частности, для 3D печати.
Известны химические способы получения органозоля [Сигал М.Б. Синтетические волокна из дисперсий полимеров. - М.: Изд-во "Химия", 1972, с. 20, Лившиц М . Л . , Пшиялковский Б . И . Лакокрасочные материалы : Справочное ю пособие .— М . : Химия, 1982 г .— с. 249-254].
Однако данные способы достаточно трудоёмки, требуют ряда технологических операций и ограничены в выборе металла органозоля и среды- носителя, обусловленном возможностью той или иной химической реакции. Образующийся в результате реакций металлический порошок оказывается
15 загрязнён сложноудаляемыми продуктами реакции, которые при смешивании со связующим веществом могут вступать с ним в реакцию, нарушая состав и свойства конечного продукта.
Известен из патента RU 121812 способ, при котором рабочую камеру, содержащую катодно-распылительный узел, откачивают до разряжения порядка
20 10-3 Па. Затем через патрубок для подачи рабочих газов напускают смесь рабочих газов до давления порядка 0,1 Па. В газораспределителе смесь рабочих газов равномерно распределяется по длине магнетрона и затем через центральные каналы в центральной вставке выходит в зону магнетронного разряда. К корпусу катодно-распылительного узла и рабочей камере
25 прикладывают отрицательный и положительный потенциал, соответственно, от блока питания. На поверхности мишени возникает магнетронный разряд, положительные ионы которого бомбардируют мишень, распыляя ее материал. Распыляемый материал мишени осаждается на изделие, в том числе на детали камеры.
зо Наиболее близким аналогом заявляемого способа является техническое решение, описанное в патенте RU 81730. В способе при достижении в рабочей камере необходимого вакуума в камеру подаётся инертный газ. В промежутке между камерой и подложкой зажигают, при необходимости, тлеющий разряд. После очистки тлеющим разрядом инертный газ откачивают, а в промежутке
35 между катодом и вакуумной камерой за счёт источника питания катода получают
дуговой разряд, который может реализовываться в стационарном, или, за счёт ёмкости, в импульсном режиме. При этом частицы материала катода под влиянием поля стабилизирующей катушки летят в направлении подложки, образуя сначала промежуточный слой, а затем основное покрытие, в зависимости 5 от напряжения на подложке, подаваемого источником.
Однако данные технические решения не предусматривают получения органозолей.
Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в необходимости создания способа получения гомогенного и ю устойчивого к коагуляции и осаждению органозоля, содержащего частицы материала размером 2-50 нм (наночастицы) и предназначенного, в частности, для ЗР-печати металлом. Для решения проблемы предлагается использование процесса магнетронного распыления.
Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение
15 процесса получения органозолей благодаря использованию единственной производственной операции с использованием одного физического процесса, результатом которой становится готовый продукт, и исключению необходимости проведения химических реакций, что обуславливает отсутствие химических примесей в конечном продукте, так как состав получаемых наночастиц
20 соответствует составу распыляемой мишени.
Указанный технический результат достигается за счёт того, что в способе получения органозоля в разряженной среде с помощью магнетрона создают плазменный разряд, обеспечивая распыление мишени из металлического материала, частицы которой осаждают в композицию на основе органического
25 растворителя и стабилизатора с образованием органозоля.
В качестве металлического материала мишени могут использовать металл, выбранный из группы: медь, титан, алюминий, никель, железо, олово, серебро, золото, платина.
В качестве металлического материала мишени могут использовать сплав на зо основе металла.
В качестве растворителя могут использовать органический полиэфирный растворитель или моноэфирный растворитель.
В качестве растворителя могут использовать вещество, выбранное из группы: полиэтиленгликоль, триэтиленгликоль, полипропиленгликоль.
В качестве стабилизатора могут использовать поверхностно-активное вещество на основе полимеров алкиламмониевых солей.
В качестве стабилизатора могут использовать цетилтриметиламмония бромид.
В качестве установки для реализации способа может быть использована камера низкого давления с установленным оборудованием для подачи инертного газа и с магнетроном, на поверхность которого помещается мишень, а на дно камеры - ёмкость со средой-носителем на основе органического растворителя и стабилизатора.
Базовый вариант оборудования для реализации заявляемого способа получения органозоля и для использования получаемого в результате реализации способа органозоля показан на фиг. 1-2, на которых изображены:
на фиг. 1 - установка для получения органозолей металлов методом магнетронного распыления;
на фиг. 2 - принципиальная схема ЗР-принтера для печати органозолем.
На фиг. 1-2 позициями 1-7 обозначены:
1 - камера низкого давления;
2 - оборудование для подачи инертного газа;
3 - магнетрон;
4 - мишень;
5 - среда-носитель в ёмкости;
6 - плазменный разряд;
7 - частицы металла;
8 - рабочий объём принтера;
9 - электромотор;
10 - печатающая головка;
11 - гибкий шланг;
12 - резервуар;
13 - фильера;
14 - зеркало;
15 - луч лазера.
Способ реализуют следующим образом.
В способе использована установка для получения органозолей путём осаждения холодной плазмы в инертной среде. з
Для этого используют камеру низкого давления 1 с оборудованием для подачи инертного газа 2, с установленным в ней магнетроном 3.
На поверхность магнетрона 3 помещают мишень 4 из рабочего металла, а на дно камеры низкого давления 1 - ёмкость со средой-носителем 5, в качестве 5 которой используют композицию на основе органического растворителя и стабилизатора.
При подаче постоянного тока на магнетрон 3 в разряжённой среде инертного газа между поверхностями мишени 4 и среды-носителя 5 возникает плазменный разряд 6.
ю Под воздействием ионов плазмы мишень 4 подвергается магнетронному распылению, при этом выбиваемые ионами частицы металла 7 перемещаются в направлении линий магнитного поля и осаждаются в слое связующего вещества среды-носителя 5, постепенно насыщая её до достижения органозоля требуемой концентрации.
15 Рабочее давление в камере 1 находится в диапазоне от 0,05 до 1 ,5 Па. В качестве основного рабочего газа используется аргон.
В зависимости от состава и размеров мишени 4, подаваемая на магнетрон 3 мощность может находиться находится в диапазоне от 0,1 до 50 КВт при напряжении в диапазоне от 100 до 1000 В и силе тока от 1 до 50 А. Индукция
20 магнитного поля на расстоянии 10-20 мм от поверхности мишени находится при этом в диапазоне 0,03— 0,1 Т. При указанных параметрах работы магнетрона и при давлении от 0,1 до 1 Па в камере 1 формируется плазменный разряд 6.
Под воздействием плазменного разряда 6 мишень подвергается магнетронному распылению со скоростью осаждения металла в среде-носителе 5,
25 зависящей от коэффициента распыления материала мишени 4 и параметров работы магнетрона 3. Применение способа предполагается в первую очередь для получения золей меди, титана, золота и серебра, однако при достаточных параметрах плазмы указанным методом можно получать органозоли любых металлов, например, алюминия, никеля, железа, олова, платины и сплавов на их зо основе.
Специфические требования к мишеням отсутствуют.
В качестве среды-носителя органозоля предлагается использовать органический растворитель, инертный по отношению к осаждаемым металлам, т.е. не вызывающий комкования наночастиц, не вступающий в реакцию в 35 поверхностно-активными веществами, используемыми для стабилизации
органозоля и безопасный с точки зрения использования в ЗР-принтере. В заявляемом способе используют в качестве среды-носителя 5 низкомолекулярный полиэтиленгликоль с молекулярной массой от 200 до 400 либо иной органический моно- или полиэфирный растворитель, например, 5 триэтиленгликоль, полипропиленгликоль.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ), используемые для предотвращения коагуляции и замедления осаждения наночастиц металла в органозоле, должны быть инертны по отношению к среде-носителю 5 и безопасны с точки зрения дальнейшего использования в принтере. В рассматриваемом ю методе предполагается использование в качестве ПАВ цетилтриметиламмония бромида (ЦТАБ, англ. СТАВ), либо других катионактивных термостабильных полимеров алкиламмониевых солей.
Таким образом, в качестве среды-носителя 5 для формирования органозоля используют композицию на основе полиэфирного растворителя и
15 стабилизатора на основе органических полимерных соединений.
Предельная концентрация металла в органозоле в зависимости от используемого металла и параметров процесса распыления может достигать 40% и более по массе. В целом, чем выше содержание металла в органозоли, тем выше потребительские свойства органозоля как исходного материала для 3D-
20 печати, т.е. ниже удельный расход золя при печати и выше плотность печатаемого конечного изделия.
Для повышения равномерности распыления и предотвращения перегрева мишени 4 предполагается для промышленного производства органозоля по заявляемому способу использовать в магнетроне систему принудительного
25 охлаждения анода и магнитный блок, выполняемый либо в форме подвижного электромагнита, в процессе работы перемещаемого под поверхностью мишени и перемещающего плазменный разряд над её поверхностью, либо в виде неподвижного блока, собранного из множества отдельных электромагнитов. Такое устройство магнетрона позволяет проводить процесс при более высоких зо показателях мощности и создавать над поверхностью мишени плазменный разряд более равномерной формы, нежели при использовании обычного планарного неохлаждаемого магнетрона. Использование такого специализированного магнетрона позволяет воздействовать плазменным разрядом равномерно на всю поверхность мишени, не допуская в то же время её перегрева и более
35 равномерно осаждать распыляемый металл на поверхности среды-носителя.
Целесообразно также использование в промышленном применении метода магнетронных установок с непрерывным циклом работы, в которых готовые к насыщению ёмкости со средой-носителем подаются в камеру распыления и удаляются из нее через шлюзы, без нарушения вакуумной среды.
5 Одним из направлений применения заявляемого способа является 3D- печать с использованием получаемого указанным способом органозоля вместо широко используемых сегодня металлических микродисперсных порошков.
В настоящее время для ЗР-печати металлом наиболее широко применяется технология лазерного спекания.
ю Суть технологии заключается в "вырисовывании" лучом лазера контуров среза изготавливаемой детали в нанесённом на рабочую платформу принтера тонком слое металлического порошка с крупностью частиц 5-20 мкм. Спекаясь или расплавляясь под лучом лазера, порошок образует твёрдую массу. Как только срез полностью сформирован, на поверхность наносится новый слой материала,
15 который снова обрабатывается лазером и процесс повторяется циклически до получения готового конечного изделия, полностью погруженного в заполняющий всю рабочую зону принтера слой порошка.
Технология обладает рядом существенных недостатков, среди которых:
- сложные методы подачи порошка в принтер и обращения с ним в 20 процессе печати;
- количество используемого рабочего материала, независимо от объема печатаемых деталей равное объёму рабочей зоны принтера;
- заполнение замкнутых полостей готового изделия порошком, не извлекаемым без нарушения целостности детали;
25 - «ребристость» поверхности готового изделия с высотой ребра, соответствующей разрешению принтера, требующая постобработки конечных изделий.
Перечисленные недостатки технологии могут быть устранены с помощью ЗО-принтера, использующего рабочий материал в форме органозоля, зо получаемого описанным способом.
Принцип действия принтера схож одновременно с существующими 3D- принтерами для печати пластиком и с обычными струйными принтерами для печати на бумаге.
В пределах рабочего объема принтера 8 при помощи электромоторов 9 35 прецизионно позиционируется в трех измерениях печатающая головка 10.
К печатающей головке через гибкие шланги 11 из резервуаров 12 подаётся один или несколько органозолей, выдавливаемых через фильеру 13 в головке в рабочее поле.
Через систему зеркал 14 на рабочее поле направляется луч лазера 15. Под его воздействием в фокусе луча связующее вещество органозоля испаряется, а металлические частицы расплавляются, образуя поверхность печатаемого изделия.
Перемещаясь по рабочему полю, головка принтера последовательно формирует слои изделия. Толщина печатаемых слоев, скорость печати и качество печатаемого изделия регулируются изменением объема выдавливаемого через фильеру органозоля.
Такое устройство принтера полностью устраняет характерные для существующих порошковых технологий печати проблемы с внутренними пустотами деталей и повышенным расходом материала, а уменьшение крупности металлических частиц в органозоли по сравнению с порошком позволяет снизить влияние проблемы ребристости изделий.
Вариации заявляемого способа, в том числе состав среды-носителя, тип магнетрона и материал мишени, а также параметры магнетронного распыления не изменяют сущность изобретения, а лишь определяют его конкретное воплощение.
Claims
1. Способ получения органозоля, характеризующийся тем, что в разряженной среде с помощью магнетрона создают плазменный разряд, обеспечивая распыление мишени из металлического материала, частицы которой осаждают в композицию на основе органического растворителя и стабилизатора с образованием органозоля.
2. Способ по п.1 , характеризующийся тем, что в качестве металлического материала мишени используют металл, выбранный из группы: медь, титан, алюминий, никель, железо, олово, серебро, золото, платина.
3. Способ по п.1 , характеризующийся тем, что в качестве металлического материала мишени используют сплав на основе металла.
4. Способ по п.1 , характеризующийся тем, что в качестве растворителя используют органический полиэфирный растворитель или моноэфирный растворитель.
5. Способ по п.1 , характеризующийся тем, что в качестве растворителя используют вещество, выбранное из группы: полиэтиленгликоль, триэтиленгликоль, полипропиленгликоль.
6. Способ по п.1 , характеризующийся тем, что в качестве стабилизатора используют поверхностно-активное вещество на основе полимеров алкиламмониевых солей.
7. Способ по п.1 , характеризующийся тем, что в качестве стабилизатора используют цетилтриметиламмония бромид.
8. Способ по п.1 , характеризующийся тем, что в качестве установки для реализации способа используют камеру низкого давления с установленным оборудованием для подачи инертного газа и магнетроном, на поверхность которого помещена мишень для распыления, а на дно камеры низкого давления - ёмкость с композицией на основе органического растворителя и стабилизатора для осаждения частиц металла.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016152239A RU2650820C1 (ru) | 2016-12-29 | 2016-12-29 | Способ получения органозоля |
RU2016152239 | 2016-12-29 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2018124921A1 true WO2018124921A1 (ru) | 2018-07-05 |
Family
ID=61976558
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2017/000140 WO2018124921A1 (ru) | 2016-12-29 | 2017-03-17 | Способ получения органозоля |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2650820C1 (ru) |
WO (1) | WO2018124921A1 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA006725B1 (ru) * | 2001-11-23 | 2006-04-28 | Сикпа Холдинг С.А. | Композиция пигментных печатных красок, способ её получения и применение |
RU2398621C2 (ru) * | 2005-06-21 | 2010-09-10 | Ппг Индастриз Огайо, Инк. | Способы производства дисперсии наноматериалов и продуктов на ее основе |
RU2404024C2 (ru) * | 2006-01-17 | 2010-11-20 | Ппг Индастриз Огайо, Инк. | Способ получения частиц физическим осаждением из паровой фазы в ионной жидкости |
-
2016
- 2016-12-29 RU RU2016152239A patent/RU2650820C1/ru active IP Right Revival
-
2017
- 2017-03-17 WO PCT/RU2017/000140 patent/WO2018124921A1/ru active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA006725B1 (ru) * | 2001-11-23 | 2006-04-28 | Сикпа Холдинг С.А. | Композиция пигментных печатных красок, способ её получения и применение |
RU2398621C2 (ru) * | 2005-06-21 | 2010-09-10 | Ппг Индастриз Огайо, Инк. | Способы производства дисперсии наноматериалов и продуктов на ее основе |
RU2404024C2 (ru) * | 2006-01-17 | 2010-11-20 | Ппг Индастриз Огайо, Инк. | Способ получения частиц физическим осаждением из паровой фазы в ионной жидкости |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2650820C1 (ru) | 2018-04-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10501857B2 (en) | Additive manufacturing by localized electrochemical deposition | |
US10610934B2 (en) | Method and apparatus for production of uniformly sized nanoparticles | |
CN109843479B (zh) | 金属增材制造用金属粉以及使用该金属粉制作的成型物 | |
US10612112B2 (en) | Noble metal material for 3-dimensional printing, method for manufacturing the same, and method for 3-dimensional printing using the same | |
Meng et al. | Wire electrochemical micromachining of Ni-based metallic glass using bipolar nanosecond pulses | |
JP2019512612A5 (ru) | ||
CA3141472A1 (en) | Apparatus for engineered electrospray depositions, and method of fabricating nano-structures with engineered nano-scale electrospray depositions | |
Khan et al. | A framework for surface modification by electrical discharge coating using variable density electrodes | |
RU2650820C1 (ru) | Способ получения органозоля | |
Pacios et al. | Roadmap for Competitive Production of Solid‐State Batteries: How to Convert a Promise into Reality | |
Sunil | Developing surface metal matrix composites: A comparative survey | |
CN103722172A (zh) | 用于制造手表部件的工艺 | |
JP5168288B2 (ja) | 放電表面処理方法及び放電表面処理用コーティングブロック | |
US20230063825A1 (en) | Ejector for modification of metal jetting compositions and methods thereof | |
KR20210130178A (ko) | 물리 기상 증착용 타겟의 제조 방법 | |
KR20190060495A (ko) | 진공 서스펜션 플라즈마 용사장치 및 진공 서스펜션 플라즈마 용사방법 | |
Bhavani et al. | Effect of powder-mixed dielectrics on performance measures and surface morphology during PMEDM of Ti6Al4V | |
US11951539B2 (en) | Modification of metal jetting compositions and methods thereof | |
EP3377667B1 (en) | Method and apparatus for applying a metal coating | |
Madkour et al. | Techniques for Elaboration of Nanomaterials | |
Kumar et al. | Experimental investigation of EDM processing parameters on machining Al6063-12% SiC-5% gr using response surface methodology | |
Gromov et al. | Methods of Manufacturing the High-Entropy Alloys | |
RU2631995C1 (ru) | Способ получения упрочненных алюминиевых сплавов | |
RU2725483C1 (ru) | Способ послойной 3D-печати изделий из металла за счёт явления шнурования тока | |
CN108930054B (zh) | 一种基于对自组装分子膜控制技术的金属微3d打印方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17885719 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
32PN | Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established |
Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17885719 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |