[发明专利]一种水基ZrB2膏体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水基陶瓷膏体，是针对挤出冷冻三维打印成形的水基ZrB₂膏体和该膏体的制备工艺。

背景技术

[0002] ZrB₂是一种超高温陶瓷（UHTCs），具有高熔点、高硬度、高化学稳定性、高热导和较低的密度，是航空航天、冶金、军事等领域很多高端产品的热门候选材料，被认为是最有应用前途的UHTCs材料。虽然ZrB₂在原料制备、材料改性、制造工艺等方面取得了很大的进展，但是作为零件使用仍然受到成型工艺的制约。目前ZrB₂零件的成型可以采用热等静压等方法，但是只能制造实心体的简单零件，对于带有内部空腔的复杂零件还缺乏经济有效的近净成型成型工艺，从而阻碍了ZrB₂材料的应用和发展。近年来很多陶瓷材料已经能够采用三维打印技术制造复杂零件，利用计算机三维模型的分层数据处理结合合适的固体层片制造和堆积，直接得到CAD模型的实体零件。

目前有很多三维打印技术被开发用于陶瓷零件的制造，但是多数一般都需要将陶瓷粉末包覆或者混合在有机粘结剂中，成形后再进行毛坯烧结。ZrB₂粉末的烧结条件极其严苛，大量有机粘结剂不仅造成烧结过程的环境污染，而且关键是使ZrB₂零件很难成功烧结。

冷冻三维打印成形工艺主要采用水的冷冻代替有机物的交联作为陶瓷材料的粘结剂，水作为主要分散介质制备ZrB₂膏体，经挤出后冷冻成型零件，从而最大程度避免了有机物烧蚀的不良影响，非常适合于ZrB₂零件的三维打印制造。具有可良好挤出成形性的水基ZrB₂膏体成为了这种成形工艺的关键，单纯的水和ZrB₂粉末混合不能获得粉末均匀分散并具有良好流变性的膏体，需要加入多种附加物并制订合理的制备工艺。

发明内容

一种水基ZrB₂膏体材料及其制备方法。

本发明是一种水基ZrB₂膏体材料及其制备方法，其水基ZrB₂膏体材料，按体积百分比计，其组分为：ZrB₂粉末40%~50%，碳粉1~5%，去离子水 32.5%~55.99%，聚丙烯酸类分散剂 0.01%~0.5%，甘油 2%~8%，聚乙二醇 0.5%~2%，聚乙烯醇水溶液 0.5%~2%。

水基ZrB₂膏体材料的制备方法，按权利要求1所述组分备料，其步骤为：

（1）首先将去离子水、聚丙烯酸类分散剂、甘油、聚乙二醇、聚乙烯醇水溶液经机械搅拌或者电磁搅拌后制得混合液体，同时将ZrB₂粉末和碳粉经机械搅拌后制得混合固体粉末；

（2）把上述混合液体加入球磨罐中，将上述混合固体粉末分批加入混合液体中球磨混合，每次新加粉末都是在前次加入粉末充分润湿并形成均匀混合后进行，氨水调节pH值到9，配方组分中所有材料都混合均匀；

（3）将上述混合物放在球磨机中球磨24小时，将混合浆料取出，用盐酸调整pH值，使粘度达到挤出的要求，然后密封存放待用。

本发明的膏体挤出性能良好，对烧结过程不良作用小，具有环境友好、制备工艺简单易行的优点，可用于高性能复杂ZrB₂零件的制造。

附图说明

图1是 ZrB₂溶液的ζ电位随pH值的变化的曲线图。

具体实施方式

本发明是一种水基ZrB₂膏体材料及其制备方法，其水基ZrB₂膏体材料，按体积百分比计，其组分为：ZrB₂粉末40%~50%，碳粉1~5%，去离子水 32.5%~55.99%，聚丙烯酸类分散剂 0.01%~0.5%，甘油 2%~8%，聚乙二醇 0.5%~2%，聚乙烯醇水溶液 0.5%~2%。

水基ZrB₂膏体材料的制备方法，按权利要求1所述组分备料，其步骤为：

（1）首先将去离子水、聚丙烯酸类分散剂、甘油、聚乙二醇、聚乙烯醇水溶液经机械搅拌或者电磁搅拌后制得混合液体，同时将ZrB₂粉末和碳粉经机械搅拌后制得混合固体粉末；