[发明专利]一种利用铝粉做粘结剂成分的氧化铝陶瓷3D打印原料制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种利用铝粉做粘结剂成分的氧化铝陶瓷3D打印原料制备方法及应用，其应分为以下四个步骤：（1）制备具有铝粉成分的粘结剂和氧化铝陶瓷粉体原料；（2）采用粘结剂喷射的方式进行3D坯体打印；（3）将坯体加热脱脂并通入氧气分压；（4）对坯体进行烧结和表面处理。采用该方法制得的产品，能够有效降低孔隙率的同时，其收缩比也会大大降低，从而解决现有陶瓷材料3D打印技术中的高孔隙率和高收缩比的问题。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，尤其是一种利用铝粉做粘结剂成分的氧化铝陶瓷3D打印原料制备方法及应用。

背景技术

氧化铝陶瓷材料具有机械强度高、绝缘电阻大、硬度高、耐磨、耐腐蚀及耐高温等一系列优良性能，已经作为耐高温材料，陶瓷绝缘材料广泛的应用于机械、医疗、电子、电气、化工、建筑及其他高科技领域中，而随着技术的发展及应用领域的不断扩展，对陶瓷零件也提出了更高的要求，陶瓷零件也向功能复杂化，结构微细化的方向发展。因此氧化铝陶瓷作为一种3D打印材料，被应用于制作结构复杂、致密度高等高质量3D打印产品。与传统的氧化铝陶瓷制备技术相比，3D打印技术无疑给氧化铝陶瓷材料更多的发展空间，该方式不但完全克服了传统氧化铝陶瓷制备技术中的模具限制和挤压脱模容易造成的致密度不均匀等缺点，还具有制作周期短，成本较低，可操作性强等优势。

在3D打印氧化铝陶瓷的方式方法中，激光烧结技术是利用粉末在激光束的热作用下完全熔化、经冷却凝固而成型的一种技术。在高激光能量密度作用下，粉末完全熔化，经散热冷却后可实现固体成型。该技术通过此过程，层层累积成型出三维实体的快速成型技术。该技术具有步骤简单，快速成型的特点，但是由于高功率激光束控制难度大，打印后的陶瓷产品容易形成坑窝、凸起等缺陷，且致密度不均匀。光固化成型通过在陶瓷粉体中添加光引发剂及有机溶剂配制成陶瓷前驱体光敏树脂，采用切片分层紫外线光照的方式，打印出坯体后再进行脱脂烧结成型的技术。该技术打印精确，制作周期短，但是制备浆料复杂且多是有毒脂类溶剂，脱脂烧结后收缩比较大，致密度低、孔隙率高。喷墨打印方式是通过将陶瓷粉体混合成料浆后采用高压喷出的方式进行坯体打印，该方式精确度低，不适用于高精度产品的生产。

本发明采用喷射粘结剂的方式打印坯体，将要打印的氧化铝陶瓷产品进行切片分层分析，然后在每铺设一层氧化铝粉体，再根据切片分层的形状喷射铝粉成分的粘结剂，然后再铺设一层氧化铝粉体，以此方式逐层进行打印，直到形成完整的坯体。

本发明中的铝粉成分的粘结剂在具有粘结作用的同时，其中的铝粉在形成坯体后，通过加热炉加热并通入氧气分压，与氧气发生化学反应生成氧化铝，用以填充3D打印过程中因脱脂而形成的孔隙，减少整个坯体的收缩比，增加其致密度，从而提高3D打印氧化铝陶瓷产品的精确度和强度。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用铝粉做粘结剂成分的氧化铝陶瓷3D打印原料、制备方法及应用。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种利用铝粉做粘结剂成分的氧化铝陶瓷3D打印原料、制备方法及应用,包含以下步骤：

（1）制备具有铝粉成分的粘结剂和氧化铝陶瓷粉体原料；

（2）采用粘结剂喷射的方式进行3D坯体打印；

（3）将坯体加热脱脂并通入氧气分压；

（4）对坯体进行烧结和表面处理。

具体的，在一些实施方案中，制备铝粉成分的粘结剂，其主要成分为：铝粉50~70wt%，氢氧化铝镁溶胶15~25wt%，磷酸二氢铝2~5wt%，分散剂0.3~0.5wt%。

具体的，在一些实施方案中，制备铝粉成分的粘结剂时，所述铝粉的粒径为0 .1～5μm。

具体的，在一些实施方案中，所述分散剂选自煤油、甘油、羧甲基纤维素1750、聚乙二醇、聚乙烯醇中的至少一种。