[发明专利]一种3D直写打印复合陶瓷浆料、制备方法及得到的陶瓷

说明书

本发明公开了一种3D直写打印复合陶瓷浆料，包括微纳米主体材料、添加物粉体材料、分散剂和粘结剂，所述的微纳米主体材料与添加物粉体材料的重量比为1：20～1：45；所述的分散剂添加量为浆料总重量的0.1～1％；所述的粘结剂的添加量为浆料总重量的0.2～0.5％。本发明还公开了上述陶瓷浆料的制备方法以及通过3D直写打印成坯、热处理后烧制得到的具有仿生结构高强高韧复合陶瓷。本发明采用的原料无毒无害，环保经济，得到的陶瓷浆料固含量高，复合陶瓷采用3D直写打印可以实现复合陶瓷的个性化、精细化和复杂化制备，摆脱模具形状的制约，可应用于航空航天、电气、生物工程、陶瓷燃料电池、压电材料等诸多领域。

技术领域

本发明涉及仿生复合材料领域，具体涉及一种3D直写打印复合陶瓷浆料、制备方法及得到的具有仿生结构高强高韧复合陶瓷。

背景技术

工业发展和社会进步对陶瓷材料的力学性能不断提出越来越高的要求,同时在复杂化、个性化、环保等方面对其发展提出诸多限制。对陶瓷材料进行优化设计与制备，以增加其综合力学性能，且满足陶瓷产品当前的发展趋势，对于促进陶瓷材料更好地满足实际应用需求具有重要意义。

自然界中的天然生物材料具有无与伦比的优异性能，如贝壳、珍珠、牙齿、骨骼等，这与其微观精巧复杂的组织结构息息相关。从微观尺度出发自下而上体外模拟生物质基质的组装，进而构筑仿生多级精细结构，有助于制备性能优异的合成材料，并推动材料科学的发展。

陶瓷产品的传统成型方式包括压制成型法、可塑成型法、浆料成型法等。这类成型方法需要依赖模具，步骤繁琐，生产周期较长，难以制造个性化和复杂化的陶瓷部件。3D直写打印作为一种高度技术集成的陶瓷制造方法，可以实现设计制造一体化，以三维数字模型文件为基础，利用压力挤出等方法将金属、非金属、高分子等材料逐层累加黏结，在脱离模具的情况下，可快速成型个性化的零部件。此外，3D直写打印技术具有精密化的特点，其自下而上的原料成型过程和生物材料的形成过程具有相似性，可实现复杂结构陶瓷材料的制造。通过电脑辅助设计，3D直写打印可以为仿生材料制造提供平台，将两者有机结合在一起可更好地发挥协同作用，为制备优异力学性能的复杂陶瓷材料提供有效方法。

公开号为CN109336613A的中国专利文献中公开了一种高强度仿生陶瓷及其制备方法，其采用氮化硅、松木碎屑、玉米秸秆等作为主要原料，高压高温的条件下制得该复合材料，松木碎屑的加入可以提高陶瓷材料强度和断裂韧性，但此发明的原料复杂，操作步骤较为繁琐，能耗大。

公开号为CN109336613A的中国专利文献中公开了一种高强高韧陶瓷复合材料及其在制造刀具中的应用，其采用氧化锆、氧化铝、氧化铈、氧化镧等为主要原料，经球磨过筛煅烧热压等一系列操作制备高强高韧陶瓷复合材料，该复合材料具有很高的硬度和耐磨性，适合用于制备陶瓷刀具，但此方法制备得到的材料形式单一，不能满足实现个性化、精细化和复杂化陶瓷器件的制备，无法摆脱热压制品形状的制约。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，为克服传统陶瓷材料制备的局限性，本发明提供了一种3D直写打印复合陶瓷浆料及其制备方法，并结合3D直写打印和热处理技术制备得到具有仿生结构高强高韧复合陶瓷，具有原料环保经济，制备工艺简单，制备条件温和，且可以成型复杂精细几何结构的特点。

具体采用的技术方案如下：

一种3D直写打印复合陶瓷浆料，包括以下原料：

微纳米主体材料：氧化铝、氧化锆、氧化钛、碳化硅、氮化硅中的至少一种；

添加物粉体材料：氧化硅、氧化钇、氧化铈中的至少一种；

分散剂：聚乙二醇、硬脂酰胺、六偏磷酸钠中的至少一种；

粘结剂：海藻酸钠、黄原胶、羟甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；

所述的微纳米主体材料与添加物粉体材料的重量比为1：20～1：45；