[发明专利]一种光固化3D打印氧化锆泡沫陶瓷过滤器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光固化3D打印氧化锆泡沫陶瓷过滤器及其制备方法，光固化3D打印氧化锆泡沫陶瓷过滤器按质量分数包括氧化锆粉70‑90%和光固化树脂10‑30%，本发明将3D打印技术与耐高温的氧化锆陶瓷材料结合，不需要多孔的聚氨酯塑料载体，即可直接成型陶瓷泡沫陶瓷过滤器素坯，经高温烧结，得到氧化锆泡沫陶瓷过滤器。光固化3D打印氧化锆泡沫陶瓷过滤器的骨架为实心结构，强度高，不易破裂，骨架间无多余浆料造成的堵孔问题，因此开孔率高，过滤性能得到保证。

技术领域

本发明涉及泡沫陶瓷过滤器加工技术领域，尤其涉及一种光固化3D打印氧化锆泡沫陶瓷过滤器及其制备方法。

背景技术

在铸造行业，泡沫陶瓷过滤器对金属液的过滤净化作用可显著提高铸件的力学性能，这主要是因为泡沫陶瓷过滤器的多孔结构可以有效截获金属液中的有害杂质，并使金属液由紊流变为层流，改善组织结构，对金属液起到净化和均质作用。传统的泡沫陶瓷过滤器一般依据金属液的种类的不同而选择不同的材质，如金属铝液的过滤通常选用氧化铝、堇青石类的泡沫陶瓷过滤器，铸铁和铸钢的过滤选用碳化硅泡沫陶瓷过滤器，高温合金金属液的过滤选用氧化锆泡沫陶瓷过滤器。泡沫陶瓷过滤器的制作方法一般是以软质聚氨酯泡沫塑料为载体，浸渍陶瓷料浆，挤压制成坯料，干燥后再经高温烧结得到泡沫陶瓷过滤器。这种方法制作的泡沫陶瓷过滤器有三个主要缺点：1.多余的陶瓷料浆不容易完全被挤出，容易造成堵孔，降低泡沫陶瓷过滤器的有效孔隙率；2.泡沫陶瓷过滤器的骨架内部因为聚氨酯泡沫的烧除而呈中空状态，导致强度不足，易被金属液冲刷而破裂，反而成为铸件中新的夹杂来源，可靠性较差；3.泡沫陶瓷过滤器的孔隙结构决定于聚氨酯载体结构，不具备可设计性。

增材制造（3D打印）区别于传统的减材(如切削加工)和等材(如锻造)制造方法，制作工艺中无需模具，可以实现传统方法无法或很难达到的复杂结构，并大幅减少加工工序，缩短加工周期，其技术特点很好的契合了泡沫陶瓷过滤器的制作需求。专利：陶瓷过滤器（申请号:201480015145.7），公开了一种增材制造型陶瓷过滤器，对过滤器的多孔结构的设计方法进行了详细的描述，但并未对陶瓷过滤器的材质进行充分的介绍，尤其未涉及高温合金精密铸造用氧化锆泡沫陶瓷过滤器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光固化3D打印氧化锆泡沫陶瓷过滤器及其制备方法，以制备复杂结构可控设计、开孔率高、高温力学性能优良的氧化锆泡沫陶瓷过滤器。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种光固化3D打印氧化锆泡沫陶瓷过滤器，按质量分数包括如下组分，氧化锆粉70-90%、光固化树脂10-30%，所述氧化锆粉为氧化镁、氧化钙或氧化钇掺杂的电熔氧化锆粉，所述光固化树脂粘度小于270CPS（30℃）。

作为进一步的优化，所述氧化锆粉为氧化镁掺杂的电熔氧化锆粉，其中，氧化镁的质量分数为3-15%。

作为进一步的优化，所述氧化锆粉为氧化钙掺杂的电熔氧化锆粉，其中，氧化钙的质量分数为3-15%。

作为进一步的优化，所述氧化锆粉为氧化钇掺杂的电熔氧化锆粉，其中，氧化钇的质量分数为1-5%。

作为进一步的优化，所述光固化树脂包括水性聚氨酯丙烯酸酯、水性环氧丙烯酸酯或聚酯丙烯酸酯中的一种。

作为进一步的优化，所述光固化树脂中含有光引发剂，所述光引发剂为自由基光引发剂。

本发明还一种光固化3D打印氧化锆泡沫陶瓷过滤器的制备方法，包括如下步骤，

S1)将氧化锆粉置于匣钵中进行烘干；

S2)按质量分数将氧化锆粉和光固化树脂加入到行星式球磨机中，进行球磨共混30-60min，获得陶瓷泡沫陶瓷过滤器料浆；