[发明专利]3D打印陶瓷材料用硫酸盐基复合粘结剂

说明书

本发明涉及一种3D打印陶瓷材料用硫酸盐基复合粘结剂。所述复合粘结剂由A、B组份组成；所述A组分包括主成分、助溶剂和稀释剂；按重量比计算A组分的主成分45～84.9％、助溶剂10～20％、稀释剂5～20％以及B组分0.1～15％；所述复合粘结剂包括硅酸盐或磷酸盐系粘结剂。本发明克服了现有技术针对材料更新和工艺改进等相关技术问题，本发明提供了一种3D成型陶瓷材料的复合粘结剂制备方法，能够将氧化锆、氧化铝、碳化硅、氮化硅等结构陶瓷粉末快速硬化成型，本发明方案简化了制备流程，解决了传统工艺存在的成型周期长、制件精度低、力学性能不稳定和尺寸收缩大等问题，实现了无模化生产。

技术领域

本发明涉及3D打印领域，具体涉及一种3D打印陶瓷材料用硫酸盐基复合粘结剂。

背景技术

2017年国家部委联合发布《增材制造产业发展行动计划(2017-2020年)》的政策以来，3D打印的新型材料成型工艺和技术发展到新的水平。各类铸造材料和工艺也由原来的树脂砂型扩展到更多领域，传统的熔模铸造、消失模铸造等成型方式将被颠覆，碱金属硅酸盐、磷酸盐、硅铝酸盐等粘结剂将以更高利用效率、更低成本和更环保的方式加以利用，其他如PMMA、氧化锆、氧化铝、碳化硅、氮化硅等材料将借助3D打印的工艺方法，得到形状更复杂、力学性能更稳定的致密结构件。

陶瓷作为典型的非金属-共价键型材料，具有刚性最好、硬度最高的工程材料特征，其维氏硬度大多在1500HV以上，抗拉强度也普遍较高。同时，大多数陶瓷材料具有高于2000℃的熔点，高温下仍具有很好的化学稳定性、隔热性和低于金属线膨胀系数的良好尺寸稳定性。陶瓷材料高温下耐氧化，并对酸、碱、盐均具有良好的抗腐蚀能力。

随着轴承、各类阀体、缸套等金属零件存在高温态易敏感、极限作业易磨损，以及耐化学耐腐蚀性能差等问题，并面临加工制造和修复成本居高不下等特点，这种具有很强稳定性的结构陶瓷足以起到替代作用。同时，遵循粉碎、混合、制坯和陶瓷化的传统成型方式及工艺流程，还存在着制件工序繁琐、成型周期长和尺寸胀缩性过大的问题，对模具设计也提出了较苛刻的要求，成本居高不。

发明内容

本发明克服了现有技术针对材料更新和工艺改进等相关技术问题，本发明提供了一种3D成型陶瓷材料的复合粘结剂，能够将氧化锆、氧化铝、碳化硅、氮化硅等结构陶瓷粉末快速硬化成型。该发明方案简化了制备流程，解决了传统工艺存在的成型周期长、制件精度低、力学性能不稳定和尺寸收缩大的问题，实现了无模化生产。

为解决上述存在的不足，本发明采用的技术方案为：

一种3D打印陶瓷材料的硫酸盐基复合粘结剂，所述复合粘结剂由A、B组份组成；所述A组分包括主成分、助溶剂和稀释剂；所述B组分为B组份；按重量比计算主成分45～84.9％、助溶剂10～20％、稀释剂5～20％、B组份0.1～15％。

进一步的，所述复合粘结剂的表面张力为25～55mN/m，动力粘度为6～25mPa·s，pH值为6.5～10.0。

进一步的，所述A组分的主成分是由硅酸盐或磷酸盐系改性物和硫酸盐以1：(4～1)比例改性制得，所述复合粘结剂包括硅酸盐或磷酸盐系粘结剂。

进一步的，所述硅酸盐系改性物为钠盐、钾盐或锂盐活性物中的一种或多种，所述磷酸盐系改性物为磷酸二氢铝、磷酸钠、磷酸镁以及磷酸锆中的一种或多种。

进一步的，所述硅酸盐和磷酸盐系改性物固含量为15～45％。

进一步的，所述硅酸盐和磷酸盐系改性物的波美度25～45°Bé，所述硅酸盐系粘结剂R₂O·nSiO₂的模数n为1.5～4.5。

进一步的，所述A组分的助溶剂包括丁基乙二醇醚、己基乙二醇醚、甲基二甘醇乙醚、二甘醇乙醚、丁基二甘醇乙醚、己基二甘醇乙醚、乙二醇苯醚、四氢呋喃以及二甲基亚砜中的一种或多种，所述助溶剂的纯度为99.0～99.9％。