[发明专利]一种光固化氮化硅陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光固化氮化硅陶瓷及其制备方法，所述氮化硅陶瓷由以下原料制备而成：所述原料按重量份数比为：氮化硅35‑45份、纳米二氧化钛3‑4份、消泡剂0.4‑1.2份、铁硅铝2‑4份、分散剂0.6‑0.8份、流变改性剂0.7‑0.9份、玻璃纤维1.4‑1.8份、聚醚酮酮1.6‑2份和液态光敏树脂30‑36份；本发明通过采用氮化硅为主料，配合液态光敏树脂，在紫外线照射下，聚合物由胶质树脂转变成坚硬物质，添加分散剂和消泡剂，使成形后的氮化硅陶瓷表面平整，材料分散均匀，强度高，添加流变改性剂，提高氮化硅陶瓷粘度流变特性，并预先将聚醚酮酮和玻璃纤维复合反应，生成可增强氮化硅陶瓷强度的复合材料，经氮气煅烧、干燥、热脱脂和烧结后，得到强度高、成本低的光固化氮化硅陶瓷。

技术领域

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体为一种光固化氮化硅陶瓷及其制备方法。

背景技术

氮化硅陶瓷具有高的硬度和比强度、优异的耐磨性能、良好的化学稳定性等特点，在高温下能保持相当高的机械强度。因此，在热机、航天、机械、生物医学等诸多领域得到了广泛的重视，具有广阔的应用前景。陶瓷工艺分为粉体制备、坯体成型、干燥、烧结和后加工等几个阶段，其中坯体成型作为联系粉体与制品的中间环节，对陶瓷材料的性能有着至关重要的影响。

陶瓷材料以其优异的力学性能、化学稳定性、抗高温性能，广泛应用于化工、军事、机械、电子、半导体、航天等行业。然而，上述特性给复杂形状陶瓷零件的成形带来了许多困难。传统的陶瓷加工技术只要是采用凝胶注模成型、注浆成型、注射成型等技术，这些技术一般加工成型精度低，且需要模具难以获得形状特别复杂的构件。近些年来，以光固化为基础的增材技术被广泛发展成为加工复杂形状陶瓷材的新思路。这种增材制造技术一般是采用陶瓷粉体和树脂混合的浆料在紫外光的照射下成型，成型后再经过高温烧结除去坯体中的有机杂质。

现有的光固化氮化硅材料在制备成形后，强度较低，同时，成本较高，不能满足人人们对于氮化硅陶瓷的需求，为此，提出一种光固化氮化硅陶瓷及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光固化氮化硅陶瓷及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种光固化氮化硅陶瓷，所述氮化硅陶瓷由以下原料制备而成：所述原料按重量份数比为：氮化硅35-45份、纳米二氧化钛3-4份、消泡剂0.4-1.2份、铁硅铝2-4份、分散剂0.6-0.8份、流变改性剂0.7-0.9份、玻璃纤维1.4-1.8份、聚醚酮酮1.6-2份和液态光敏树脂30-36份。

优选的：所述液态光敏树脂由齐聚物、光引发剂和稀释剂组成，所述齐聚物光引发剂和稀释剂的比例为25-30：0.5-1.5:1。

优选的：所述光敏剂由氢硫基和乙烯基组成，所述氢硫基和乙烯基的比例为1:1。

优选的：所述齐聚物为丙烯酸酯化环氧树脂、不饱和聚酯、聚氨酯和多硫醇/多烯光固化树脂中的任意一种或多种混合。

优选的：所述稀释剂为苯乙烯、乙烯基吡咯烷酮、醋酸乙烯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸羟基酯中的任意一种。

优选的：所述流变改性剂为丙烯酸流变改性剂。

一种光固化氮化硅陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

S1、将玻璃纤维和聚醚酮酮反应后，备用；

S2、将氮化硅、纳米二氧化钛、铁硅铝、加入液态光敏树脂中，搅拌5-8min后，加入玻璃纤维和聚醚酮酮反应后的混合物，继续搅拌4-6min，加入分散剂、流变改性剂和消泡剂，搅拌1-2min，得到陶瓷浆料；

S3、将陶瓷浆料放置于光固化成型设备中，通过光固化3D打印，制得光固化成型坯体；

S4、将光固化成型坯体在氮气氛围煅烧后，冷却得到陶瓷坯胎；