[发明专利]一种适合LMD法3D打印的紫砂泥料及制备方法和应用

说明书

一种适合LMD法3D打印的紫砂泥料的固体原料质量配比为紫砂熟料10%‑20%、紫砂生料70%‑80%、可塑性粘土10%‑15%，同时固含量为72‑76wt%、可塑性指标2.2‑2.8cm＊kg。本发明具有固相含量高、制品精度易控制，强度高的优点。

技术领域

本发明属于陶瓷材料领域，特别涉及一种适合LMD法3D打印的紫砂泥料及制备方法和应用。

背景技术

目前大多3D打印陶瓷材料需使用有机粘结剂或光敏树脂等有机材料。有机粘结剂的最高耐温通常在100-250℃之间，而陶瓷颗粒烧结致密需1000℃以上的高温，在烧成过程中温度一旦高于400℃，有机粘结剂就会迅速分解、氧化产生CO₂和H₂O，CO₂和H₂O挥发产生大量的空位，这些空位一部分形成孔隙，使产品致密度和强度降低，一部分被玻璃相填充，玻璃相的收缩较大，造成陶瓷制件尺寸不精确。另外，有机材料需经热处理清除，所以陶瓷坯体的体积收缩大，结构易变形、坍塌，导致制件精度难以控制。

梁栋,何汝杰,方岱宁.陶瓷材料与结构增材制造技术研究进展[现代技术陶瓷,2017,38(4):231-247]描述了几种3D打印陶瓷的方法，该法一般采用高固含量的陶瓷浆料或膏料为原料，几种实例主要还是利用有机材料作为粘结剂，需热处理去除有机粘结剂，成型为多孔陶瓷坯体。

黄淼俊,伍海东,黄容基,等.陶瓷增材制造(3D打印)技术研究进展.[现代技术陶瓷,2017,38(4):248-266]描述了陶瓷光固化成型技术，目前光固化成型的浆料体系主要分为陶瓷粉末—树脂基混合浆料、陶瓷粉末—水基浆料、以陶瓷前驱体作为单体和低聚物的浆料或者陶瓷粉末与前驱体混合制备的浆料。光固化成型技术由于选择的树脂基混合浆料、低聚物等属于有机高分子材料，烧结后会产生孔洞，造成致密度不高。

黄淼俊,伍海东,黄容基,等.陶瓷增材制造(3D打印)技术研究进展[现代技术陶瓷,2017,38(4):248-266]描述了自由挤出成型固相含量51％-58％之间时不影响烧结质量，但仍存在精度不高等问题。

综上所述，现有技术大多采用有机粘结剂增加陶瓷材料的粘结性和可塑性，这使得制品精度不易控制，强度不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种给出了一种固相含量高、制品精度易控制，强度高的适合LMD法3D打印的紫砂泥料及其制备方法和应用。

本发明是在紫砂生料中加入一定量的熟料，通过对原料进行预烧可改变其结晶形态和物理性能，降低坯体干燥收缩和变形，加快半成品干燥速度，减少制品开裂，提高制品的质量。再加入一定量的专用可塑性粘土以提高泥料的可塑性，用可塑性粘土代替有机粘结剂，粘土可经1000℃以上的高温烧结，不会分解氧化，可改善3D打印陶瓷制品的力学性能，减少坍塌、开裂、收缩、变形等问题的发生，提高制品的尺寸精度。

本发明紫砂泥料的固体原料质量配比为：紫砂熟料10％-20％、紫砂生料70％-80％、可塑性粘土10％-15％。同时固含量为72-76wt％、可塑性指标为2.2-2.8cm＊kg。

如上所述的可塑性粘土的质量组成为：大同土70-80％、龙岩土3-5％、苏州土5-10％、朔州土10-15％。

如上所述的紫砂生料化学组成中各物质质量百分比为(％)：SiO₂ 49.85-58.12，Al₂O₃ 20.08-25.09，Fe₂O₃ 4.98-7.95，TiO₂ 0.56-1.05，CaO 0.13-0.59，MgO 0.27-0.58，K₂O 0.35-0.92，Na₂O 0.28-0.84，烧失12.25-16.17。