[发明专利]一种陶瓷浆料的制备及3D打印光固化成型方法

说明书

本发明提供一种陶瓷浆料的制备及3D打印光固化成型方法。主要包括：陶瓷粉体：25‑85 vol%，光敏树脂预混液：15‑75 vol%。包括如下几个步骤，A)光敏树脂预混液的制备：将低聚物、活性稀释剂、光引发剂、分散剂、光敏剂和增感剂按一定配比中速搅拌下0.5‑3h，使各组分充分混合均匀；B)将上述预混液与陶瓷粉体按一定体积配比置于球磨机中，球磨5‑15h，制备得到高固相含量和低粘度的陶瓷浆料。然后在3D光固化成型机上逐层固化成型，得到陶瓷生坯，最后通过干燥、脱脂和烧结等后处理得到陶瓷制件。本发明能够制备成型精度高、无需模具能够制备复杂的结构件，致密度能达到92%以上的陶瓷制品，挠曲强度能达到320‑1750MPa，压缩强度能达到1800‑4500MPa。

技术领域

本发明属于陶瓷材料制备领域，涉及一种光固化陶瓷浆料的制备及其3D打印光固化成型方法。

背景技术

陶瓷材料，与金属材料和高分子材料并列为当今三大固体材料，具有高硬度、高耐磨性、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、化学稳定性好等优点，但是由于陶瓷材料极高的硬度、良好的耐磨性和耐腐蚀性以及脆性大等特点，使得机械加工的成本高昂和加工效率低下，因此传统的成型工艺限制了陶瓷制件特别是复杂结构的陶瓷制件的应用和发展。

基于快速成形的陶瓷零件直接制造工艺无需模具，可缩短制造周期，降低制造成本，因此成为陶瓷材料成形研究的热点，目前主要有以下几种方式：

1、SLS(选择性激光烧结)能够制备出复杂结构的陶瓷制件，且无需支撑；

2、FDM(熔融沉积成型)能够实现层与层之间的完全粘结；

3、LOM(叠层实体制造)速度快，成本低，而且能够制造大尺寸的陶瓷零件；

4、I-J 3DP(三维喷墨打印)无需支撑，可制作大尺寸样件；

5、SLA(立体光刻) 灵活和高效，精度高；

6、DLP(数字光处理)成型速度快，成型精度高。

在上述多种快速成型工艺中，SLS工艺的缺点在于制成的陶瓷坯体致密度低，需要通过浸渍工艺提高其致密度；FDM工艺的难点在于陶瓷细丝的制造，及成形过程中微小结构的尺寸精度的控制；LOM其缺点是成形精度较低，材料利用率低；I-J 3DP成形的缺点在于由于陶瓷墨水的粘度所限，陶瓷墨水的固相含量低，陶瓷零件的致密度差，精度较低，易导致陶瓷素坯在烧结过程中出现开裂或变形。光固化成型工艺由于成型精度高、表面质量优良、可制作结构比较复杂的零件，广泛应用于航空航天、机械、电子通讯以及医用医疗等领域。

陶瓷产品的光固化成型技术具有成形精度高、可直接成型复杂精细结构陶瓷制品的优势，已成为研究的热点，其中，陶瓷光固化成型主要是SLA和DLP，其主要方法为混有光敏树脂的陶瓷粉体经紫外光固化后得到生坯，经过脱脂和烧结等后处理得到陶瓷制件。

目前，如专利CN105566860A中，选用氧化物、碳化物、氮化物、碳酸盐、磷酸盐等作为陶瓷粉体，并利用表面活性剂对其进行改性；选用丙烯酸树脂或者环氧树脂为光固化树脂预聚体，丙烯酸酯单体为稀释剂，添加光引发剂制备得到陶瓷粉料悬浮液，选用波长范围为300-450nm的SLA成型或者DLP成型方式进行光固化成型，得到陶瓷生坯；最后对陶瓷生坯进行预排树脂和烧结，得到陶瓷成品；

如专利CN105330268A中，选用氧化锆、氧化铝或TiCN作为陶瓷粉体，选用丙烯酸树脂光固化树脂体系，加入表面活性剂制备得到陶瓷浆料，选用波长为365-405nm的DLP成型方式进行光固化成型，得到陶瓷坯体，坯体依次经过干燥、脱脂和烧结等后处理，得到陶瓷制品；