[发明专利]一种用于3D打印的陶瓷球形料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种用于3D打印的陶瓷球形料及其制备方法与应用，包括以下步骤：配料、球磨、干燥、过筛、射频等离子体球化。此外，本发明公开了上述方法制备得到的陶瓷球形料，以及该陶瓷球形料在3D打印中的应用。本发明首次使用射频等离子技术来制备3D打印用陶瓷球形料，本发明制备得到的球形料形成颗粒级配，适用于陶瓷的3D打印成型，也有利于其坯体的烧结。

技术领域

本发明涉及3D打印所用的球形料的制备，具体涉及一种用于3D打印的陶瓷球形料及其制备方法与应用。

背景技术

随着陶瓷3D打印技术尤其是选区激光烧结技术(SLS)和紫外光固化技术(SLA)的发展，对陶瓷粉料原料也提出了新的要求，即陶瓷粉料的球形化。球形粉料颗粒堆积时接触面小，粒子间空隙少，粉料的松装密度、振实密度和流动性均得到显著提高，球形粉料具有更高的比表面积，反应活性也高。在紫外光固化技术成型过程中，由于球的表面流动性好，与光固化树脂搅拌均匀，树脂添加量小，并且流动性最好，粉料的填充量可达到90％以上，有利于陶瓷的致密化。

目前制备陶瓷球形粉料的方法包括高温熔融喷射法、气体火焰法、等离子体法等物理方法和气相法、液相法(溶胶凝胶法、沉淀法、微乳液法)等化学方法。化学法存在工艺复杂、过程不易控制、制备的球形粉料容积密度低、成本普遍较高等问题。物理方法可以获得容积密度高旳球形粉料，但要求加热装置有稳定的温度场、易于调节的温度范围、清洁的热源环境(确保陶瓷粉不受二次污染)。火焰法由于温度局限性，不易获得高球化率和无定形率；高温熔融喷射法在纯度和粒度控制方面存在不足。射频等离子体球化制粉技术与其它方法相比，其显著优点是：放电区体积较大，能量高。有关射频等离子球化技术制备3D打印用的陶瓷球形料目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种用于3D打印的陶瓷球形料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于3D打印的陶瓷球形料的制备方法，包括以下步骤：配料、球磨、干燥、过筛、射频等离子体球化。

优选的：所述射频等离子体球化过程中：工作气流量20～30L/min，边气流量85～120L/min，加料速率5～35g/min，系统压力65～90kPa，等离子功率75～90kW。

优选的：所述射频等离子体球化过程中：工作气流量20～30L/min，边气流量100～120L/min，加料速率15～35g/min，系统压力65～90kPa，等离子功率85～90kW。

优选的：所述过筛30～60目筛。

优选的：所述陶瓷球形料为Al₂O₃(熔点2054℃)、SiO₂(熔点1650±50℃)、ZrO₂(熔点2700℃)、TiC(熔点3067℃)、ZrB(熔点3040℃)、羟基磷灰石(熔点1650℃)或磷酸三钙(熔点1670℃)。

本发明的目的之二是提供一种由上述任一方法制备得到的陶瓷球形料，该陶瓷球形料的粒径范围为0.5～20μm，球化率为95-100％。

本发明的目的之三是提供一种由上述任一方法制备得到的球形料在3D打印中的应用。

本发明的目的之四是提供一种由上述任一方法制备得到的球形料制备得到的产品，优选的：由上述任一方法制备得到的球形料通过3D打印的方式制备得到的产品。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)形状不规则的陶瓷颗粒被载气通过加料枪喷入等离子体弧后，在辐射、对流、传导和化学四种传热机制作用下，被迅速加热(最高温度可达10000K)而熔化，熔融的颗粒在表面张力的作用下形成球形度很高的液滴，并在极高的温度梯度下迅速凝固，形成球形的颗粒。