[发明专利]一种基于3D打印技术的压电铁电陶瓷材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于3D打印技术的压电铁电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1、制备铅基或无铅压电铁电陶瓷预烧粉体；步骤2、将所述铅基或无铅压电铁电陶瓷预烧粉体制成3D打印压电铁电陶瓷浆料，并加入陶瓷预烧粉体x％的模板，1＜x≤5；步骤3、通过3D打印光固化工艺，实现模板在粉体中的定向排列，制备得到3D打印压电铁电陶瓷生坯；步骤4、将3D打印压电铁电陶瓷生坯进行脱脂、烧结，得到所述的基于3D打印技术的具有织构度的压电铁电陶瓷材料。本发明实现了将3D打印工艺中刮刀刮平的方式运用于定向排列模板，能够将一定尺寸的模板横向分布在每层固化的坯体中，使压电铁电织构陶瓷的制备方法不再限于传统的流延法。

技术领域

本发明属于功能陶瓷材料技术领域，具体涉及一种基于3D打印技术的压电铁电陶瓷材料的制备方法。

背景技术

压电铁电陶瓷材料是一种重要的功能陶瓷材料，因其性能优良且稳定，制备简单，工艺成熟等优点而被广泛应用于超声换能器，驱动器，声呐等。

传统的压电铁电陶瓷材料制备方法主要有固相反应法，水热法，溶胶凝胶法等。传统制备方法的制备周期均较长。尤其是压电铁电织构陶瓷的制备，由于制备织构陶瓷必须首先将模板在基体中定向排列，所以压电铁电织构陶瓷的制备仅能采用流延法或挤制法等。目前主要采用的流延法，通常需要经过浆料制备、流延成型、干燥、叠层、切割、排胶、烧结等一系列的步骤，制备流程繁琐，操作较为复杂。而且需要对生坯膜进行裁剪、切割来得到所需的尺寸和形状。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种基于3D打印技术的压电铁电织构陶瓷的制备方法，不受传统流延工艺的限制。将光固化工艺中刮刀刮平这一步骤应用于定向排列模板，从而实现织构陶瓷的制备。本发明能够提供一种可靠的，性能稳定的，能够快速成型的压电铁电织构陶瓷制备方法，并且能够一次成型得到所需要的尺寸和形状，无需后期加工。

为达到上述目的，本发明所述一种基于3D打印技术的压电铁电陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、制备压电铁电陶瓷预烧粉体；

步骤2、向所述压电铁电陶瓷预烧粉体中加入模板，制成3D打印压电铁电陶瓷浆料，模板的质量为压电铁电陶瓷预烧粉体质量的x％，1≤x≤5；

步骤3、通过3D打印光固化工艺，使模板在粉体中定向排列，制备得到3D打印压电铁电陶瓷生坯；

步骤4、将3D打印压电铁电陶瓷生坯进行脱脂、烧结，得到具有织构度的压电铁电陶瓷材料。

进一步的，步骤1中，压电铁电陶瓷预烧粉体为铌镁酸铅-钛酸铅或铌酸钾钠预烧粉体，所述粉体的粒度为300nm-600nm。

进一步的，步骤2中，将所述压电铁电陶瓷预烧粉体、光敏树脂、光引发剂和分散剂混合得到3D打印压电铁电陶瓷浆料，所述压电铁电陶瓷预烧粉体、光敏树脂、光引发剂和分散剂的重量百分比分别为70.8wt％～80.6wt％、18wt％～27wt％、0.4wt％～0.7wt％和0.5wt％～1.5wt％。

进一步的，步骤2包括以下步骤：

S2.1、按照压电陶瓷预烧粉体和光敏树脂、分散剂的重量百分比进行称量并球磨混合得到预混浆料；

S2.2、按照重量百分比称取上述模板和光引发剂加入预混浆料中，进行球磨，得到3D打印压电陶瓷浆料。

进一步的，步骤2中，模板为钛酸钡模板或铌酸钠模板，所述模板的长度和宽度为5微米-15微米，厚度为0.5微米-1微米。

进一步的，步骤3包括以下步骤：

S3.1、将3D打印压电陶瓷浆料置于光固化3D打印机的料槽中，并将设计的坯体结构模型导入打印机中；