[发明专利]3D直写氧化锆陶瓷墨水

说明书

3D直写氧化锆陶瓷墨水，包括氧化锆颗粒，溶剂，粘结剂，分散剂和盐物质；氧化锆颗粒粒径为0.1‑2μm，在墨水中的固相含量为40‑58vol％；分散剂为聚丙烯酸，聚乙烯酸、聚丙烯酸铵、聚乙烯酸盐、聚丙烯酸盐、聚羧酸盐、聚乙酰亚胺中一种或几种，分散剂为氧化锆颗粒干粉质量0.1‑2％；盐物质为氯化铵，醋酸锌，氯化钠，氯化镁，氯化钾，氯化钡，碳酸氢铵，无水氯化钙，碳酸钾，碳酸氢钠，碳酸钠，无水碳酸钠，无水乙酸钠，无水氯化钙，硫酸铜，碱式碳酸铜，硫酸铵，碳酸氢铵，硫酸铝钾，柠檬酸钠中一种或几种，盐物质为墨水质量0.001‑0.1％。本发明可在室温下打印，具有较高固含量的同时可从精细喷嘴中流出而不堵塞，且可迅速固化成具有一定强度细丝，具有良好流变性能。

技术领域

本发明涉及一种用于3D直写的氧化锆陶瓷墨水，属于3D打印材料技术领域。

背景技术

现代微加工技术在微纳米尺度上具有传统加工方式无可比拟的优势。微加工技术包括软刻蚀技术、激光烧蚀技术、立体光刻技术、双光子聚合技术、静电排放技术和3D直写技术等。其中，3D直写技术(three dimensional direct-writing)，又称直写组装技术(Direct-writing Assembly)，是3D打印技术的一个分支。3D打印制造技术典型的例子有光固化成型、选择性激光烧结成型以及分层实体成型等，但存在成型精度低、后续处理复杂、成型强度低等缺点，不适合制备小型精细件。近年来，基于快速成型的3D直写成型技术(Direct ink writing，DIW)由于其可制备具有较大高宽比和含有跨度特征的复杂精细的三维周期结构而引起研究者的广泛关注。

3D直写从广义上讲，指的是一种使用安装在计算机控制平台上的造型设备，将特定成分的材料按照计算机软件设定的结构精密成型的技术。一般将墨水材料(ink)存储在一个温度可控的料筒中，喷头与料筒相连并安装在一个三轴CNC定位台上，由压力控制给料的微喷头(micronozzle)将材料喷出，根据材料的固化方式选择不同的固化工艺将喷出的墨水材料进行固化成型。只要具有合适的流变性能和一定的保形性，各种材料均可以设计成打印墨水用于此种造型方式，其打印出来的丝径范围从百纳米到毫米之间，细丝可以横跨较大的空隙，甚至可以空间自由成型，完成其他加工技术难以完成的加工任务。

3D直写成型技术是一种新型的无模成型技术，该技术借助计算机辅助设计和精密机械，精确控制悬浮液的沉积，通过逐层叠加的方式制备简单三维周期结构和含跨度(无支撑)或具有很大高宽比的复杂三维结构。与其他快速成型方法相 比，直写成型技术具有显著优势：1)成型过程无需模具，生产周期短、效率高、成本低；2)可根据需求便捷地改变样品的形状和尺寸，生产灵活，控制精确；3)原材料种类多样化，有无机非金属、金属和有机聚合物等；4)可制备生物、光学、电子等领域的功能材料，甚至是活体细胞。

与传统的材料加工技术完全不同，3D直写具有仿真性强、速度快，价格便宜，高易用性等优点，是对传统制造业的颠覆性变革。但是，作为一种尚不成熟的技术，3D直写的科学技术研究还处于起步阶段，有关这方面的研究和文献报道较少，在国内尚未见到有关文献报道。而且，3D直写打印墨水需从精细的喷嘴中流出而不发生堵塞，并且可以迅速固化成具有一定强度的细丝用于各种造型；因此，3D直写打印墨水必须同时具备剪切致稀性和粘弹性，如弹性模量超过损耗模量。一般来说，用于超细尺度打印的墨水在切应变速率为20-200S^-1时粘度约为10-100Pa·S。