[发明专利]一种用于三维印刷成型工艺BeO复合陶瓷粉体的制备

说明书

本发明公开了一种用于三维印刷成型工艺BeO复合陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，采用铝酸酯偶联剂LS‑60改性BeO粉体，得到预处理BeO复合陶瓷粉体；采用瓜尔胶和水杨酸铵配制凝胶溶液；然后在反应器中，按质量百分比加入，预处理BeO复合陶瓷粉体：38%~42%，凝胶溶液：58%~62%，各组分之和为百分之百，强力搅拌30min，喷雾干燥，得到用于三维印刷成型工艺BeO复合陶瓷粉体，其粒径在60~100µm范围内。该材料在三维印刷3D打印机上可直接成型，球形度高，流动性好，成型精度高，而且具有制备工艺简单，条件易于控制，生产成本低，易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种用于三维印刷（3DP）工艺快速成型粉体材料的制备方法，属于快速成型的材料领域，特别涉及一种用于三维印刷成型工艺BeO复合陶瓷粉体的制备方法及应用。

背景技术

氧化铍是铍的氧化物，化学式BeO，有两性，既可以和酸反应，又可以强碱反应。氧化铍为白色粉末，有很高的熔点。用于合金、催化剂和耐火材料等。氧化铍陶瓷(Be0)因其具有高热导率、高熔点、高强度、高绝缘性、高的化学和热稳定性、低介电常数、低介质损耗以及良好的工艺适应性等特点，在特种冶金、真空电子技术、核技术、微电子与光电子技术领域得到广泛应用。在航空电子技术转换电路中以及飞机和卫星通讯系统中大量用BeO来作托架部件和装配件；在飞船电子学方面也有应用前景。利用BeO陶瓷具有特别高的耐热冲击性，可在喷气式飞机的导火管中使用。BeO陶瓷的导热性能良好，而且易于小型化，在激光领域的应用前景广阔，如BeO激光器比石英激光器的效率高，输出功率大。

Be0陶瓷的成型方法主要有：模压法、轧膜法、流延成型法等[氧化铍,冶金工业出版社，2006]，和凝胶注模[中国发明专利CN101462867 B 中公开了一种利用凝胶注模成型技术制备Be0陶瓷的方法]，但是各种方法都存在不同的缺点。模压法虽然投入少，但是生产效率低；轧膜法得到的坏体中存在各向异性的问题；流延成型法必须有专用的生产设备，价格昂贵，不利于大规模生产；由于氧化铍具有两性，既可以和酸反应，又可以强碱反应，在凝胶注模法中很难控制凝胶反应条件等。本发明提出采用一种新型的陶瓷成型技术—凝胶注模成型技术来制备Be0陶瓷。

三维印刷（3DP）工艺，就是今天的3D打印，是美国麻省理工学院Emanual Sachs等人研制的。E.M.Sachs于1989年申请了3DP（Three-Dimensional Printing）专利，该专利是非成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一。3DP工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂（如硅胶）将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接剂粘接的零件强度较低，还须后处理。具体工艺过程如下：上一层粘结完毕后，成型缸下降一个距离（等于层厚：0.013～0.1mm）,供粉缸上升一高度，推出若干粉末，并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实。喷头在计算机控制下，按下一建造截面的成形数据有选择地喷射粘结剂建造层面。铺粉辊铺粉时多余的粉末被集粉装置收集。如此周而复始地送粉、铺粉和喷射粘结剂，最终完成一个三维粉体的粘结。未被喷射粘结剂的地方为干粉，在成形过程中起支撑作用，且成形结束后，比较容易去除。但这种成型工艺也有一定的局限性，胶粘剂的用量大，不好控制，胶粘剂容易堵塞喷头。

瓜尔胶，是从广泛种植于印巴次大陆的一种豆科植物——瓜尔豆中提取的一种高纯化天然多糖。由于其独特的分子结构特点及天然性，使其迅速成为性能优越的新型环保造纸助剂；同时它还被广泛应用于食品、石油、医药等领域。瓜尔胶为大分子天然亲水胶体，属于天然半乳甘露聚糖，品质改良剂之一，一种天然的增稠剂。外观是从白色到微黄色的自由流动粉末，能溶于冷水或热水，遇水后及形成胶状物质，达到迅速增稠的功效。主要分为食品级和工业级两种。广泛用于石油压裂、钻井等增稠目的，以及食品添加剂，印染和建筑涂料等行业。瓜尔胶是已知的最有效和水溶性最好的天然聚合物。