[发明专利]先驱体转化陶瓷的直写成型方法

说明书

本发明属于三维立体结构的成型范围，具体涉及一种由先驱体打印并转化为陶瓷的直写成型方法。本发明以陶瓷先驱体为溶质，将其溶于液态有机物，通过原料搅拌得到具有一定粘弹性的墨水，置于针筒中。通过气压控制器，根据所设定的程序，在基板上逐层打印出三维结构，最后通过转换先驱体获得具有复杂三维结构的陶瓷。本发明克服了以往的直写成型陶瓷悬浮液在成型过程中容易发生堵嘴、连续性差、浆料不稳定的弊端。所设计的浆料组分简单、合理，流变性可控性强，便于大规模的工业化应用。同时本发明制备的三维周期结构的尺度范围广，通过针头孔径可简单实现分米级、厘米级、毫米级、微米级或纳米级的控制。

技术领域

本发明属于三维立体结构的成型范围，具体涉及一种先驱体转化陶瓷的直写成型的方法。

背景技术

直写成型(Direct Ink Writing)的概念首先由美国Sandia国家实验室的JosephCesarano III等【Lewis,J.A.,J.E.Smay,et al..Direct Ink Writing of Three-Dimensional Ceramic Structures.Journal of the American Ceramic Society,2006,89(12):3599-3609.】提出。该技术首先借助计算机辅助(CAD)设计所需的三维结构的图案,然后通过计算机自动控制安装在Z轴上的由针筒和针嘴组成的悬浮液输送装置，将针筒内的悬浮液从针嘴内挤出精确尺寸的线型流体，同时X-Y轴依照程序设定的轨迹移动，将线型流体沉积在运动平台上，得到第一层结构。完成第一层成型之后,Z轴马达带动悬浮液输送装置精确地向上移动到结构方案确定的高度，第二层成型将在第一层结构上进行。随后，通过逐层叠加的方式，获得用传统的成型工艺无法制备的复杂三维周期结构。这种结构具有很大高宽比和尺寸控制范围(从10^-6到10⁰m)等优点，并且可成型含跨度(无支撑部分)特征结构的复杂三维结构，所以该方法受到更为广泛地关注。

由于直写成型具备上述优势，于是人们开始尝试用其来制备先进的陶瓷材料。对于直写成型而言，最大难点在于制备合适的浆料。为了保证直写成型的顺利实施，理想直写成型所需要的浆料应同时具备以下四个特点：(1)通过针嘴孔时粘度低；(2)通过孔后能快速固化成型；(3)固化后的线形特征体的弹性性能好；(4)悬浮液固相含量较高。

为了开发合适的浆料，科学工作者们尝试由细微的陶瓷颗粒、分散剂、溶剂组成的浆料以及有陶瓷前驱体颗粒、分散剂、溶剂组成的浆料等。