[发明专利]用于制备非氧化物陶瓷制品以及气凝胶、干凝胶和多孔陶瓷制品的叠层制造方法

说明书

本公开提供了一种制备非氧化物陶瓷部件的方法。该方法包括获得光致聚合型浆液；选择性地固化光致聚合型浆液以获得凝胶化制品；干燥凝胶化制品以形成气凝胶制品或干凝胶制品；热处理气凝胶制品或干凝胶制品以形成多孔陶瓷制品；以及烧结多孔陶瓷制品以获得烧结陶瓷制品。光致聚合型浆液包含非氧化物陶瓷颗粒；至少一种辐射固化性单体；溶剂；光引发剂；抑制剂；和至少一种烧结助剂。另外，提供了气凝胶、干凝胶、多孔陶瓷制品和非氧化物陶瓷制品。此外，提供了方法，该方法包括由具有一个或多个处理器的制造装置接收数字对象，该数字对象包含指定制品的数据；以及基于数字对象，利用制造装置通过叠层制造工艺来生成制品。还提供了一种系统，该系统包括显示器，该显示器显示制品的3D模型；和一个或多个处理器，该一个或多个处理器响应于由用户选择的3D模型，致使3D打印机产生制品的物理对象。

技术领域

本公开广义地涉及使用包含非氧化物颗粒的浆液作为构造材料来生产陶瓷制品的叠层制造方法。本发明还涉及能够通过此类方法获得的制品。

背景技术

在常规陶瓷加工(例如，注浆成型)中，陶瓷浆液通常必须具有尽可能高的颗粒负载以获得具有高生坯密度的中间体。期望和需要高生坯密度以使得能够生产致密烧结陶瓷。

基于粉末的叠层制造技术(其中粉末床的低堆积密度产生高度多孔的3D对象)通常在热处理期间在不增加大量压力的情况下不产生高密度陶瓷，从而使得实现致密的复杂三维形状具有挑战性。通常，该方法导致密度小于陶瓷材料的理论密度的95％。

由于基于陶瓷填充的光致聚合物的浆液在生产具有三维结构的相对致密的陶瓷制品时用作生坯的能力，因此利用立体光固化成型加工基于陶瓷填充的光致聚合物的浆液已显示出前途。同时，还试图使用叠层制造技术(如立体光固化成型)来生产陶瓷制品，该叠层制造技术主要用于加工聚合物。例如，WO 2016/191162(Mayr等人)描述了使用包含纳米级颗粒的溶胶来生产陶瓷制品的叠层制造工艺。

发明内容

在第一方面，提供了一种制备非氧化物陶瓷部件的方法。该方法包括：a)获得光致聚合型浆液；b)选择性地固化光致聚合型浆液以获得凝胶化制品；c)干燥凝胶化制品以形成气凝胶制品或干凝胶制品；d)热处理气凝胶制品或干凝胶制品以形成多孔陶瓷制品；以及e)烧结多孔陶瓷制品以获得烧结陶瓷制品。光致聚合型浆液包含非氧化物陶瓷颗粒；至少一种辐射固化性单体；溶剂；光引发剂；抑制剂；和至少一种烧结助剂。

在第二方面，提供了一种气凝胶。气凝胶包含：a)有机材料；b)基于气凝胶的总重量百分比计，在29重量％至75重量％范围内的非氧化物陶瓷颗粒；和c)至少一种烧结助剂。

在第三方面，提供了一种干凝胶。干凝胶包含：a)有机材料；b)基于干凝胶的总重量百分比计，在29重量％至75重量％范围内的非氧化物陶瓷颗粒；和c)至少一种烧结助剂。

在第四方面，提供了一种多孔陶瓷制品。多孔陶瓷制品包含：a)基于多孔陶瓷制品的总重量计，在90重量％至99重量％范围内的非氧化物陶瓷颗粒；和b)至少一种烧结助剂。非氧化物陶瓷颗粒限定多孔陶瓷制品中的一个或多个曲折或弧形通道、一个或多个内部建筑空隙、一个或多个底切、一个或多个穿孔或它们的组合。多孔陶瓷制品包括至少一个与多孔陶瓷制品成一整体的特征，该特征具有0.5mm长度或更小的尺寸。

在第五方面，提供了一种非氧化物陶瓷制品。非氧化物陶瓷材料限定非氧化物陶瓷制品中的一个或多个曲折或弧形通道、一个或多个内部建筑空隙、一个或多个底切、一个或多个穿孔或它们的组合。非氧化物陶瓷制品表现出相对于非氧化物陶瓷材料的理论密度的95％或更大的密度。非氧化物陶瓷制品包括至少一个与非氧化物陶瓷制品成一整体的特征，该特征具有0.5mm长度或更小的尺寸。