[发明专利]用于熔融石英光固化成型的光敏浆料及其制备方法和固化成型方法

说明书

用于熔融石英光固化成型的光敏浆料及其制备方法和固化成型方法，它为了解决玻璃的3D打印成型工艺中产品的致密度较低，透光率不好的问题。本发明用于熔融石英光固化成型的光敏浆料按照重量份数包括：单官能度稀释剂400～800份，多官能度稀释剂200～600份，苯氧乙醇0～300份，SiO₂粉末700～1500份，光引发剂1～10份，阻聚剂1～10份，染料1～10份。本发明通过向光敏树脂中加入纳米SiO₂粉末，采用光固化成型技术实现SiO₂‑树脂复合材料成型，再通过热处理工艺去除树脂成分，最终实现纯SiO₂熔融石英的烧结成型。本发明能够有效实现复杂构型熔融石英的快速成型制造，成型精度高、工序简单。

技术领域

本发明属于材料光固化成型技术领域，具体涉及一种用于熔融石英光固化成型的光敏浆料及其制备方法和应用。

背景技术

熔融石英玻璃是先进工程应用中最重要的材料之一，它具有透光率高、耐热性好、化学腐蚀性好、热膨胀系数低、硬度大等优秀的性能，在航天航空、化工、冶金、光学、医学等领域都存在广泛应用。但是玻璃的加工成型难度较大，成本高，阻碍了玻璃的应用，尤其是复杂构型玻璃的加工成型技术一直是世界难题。现有的复杂构型玻璃成型方式根据特征结构的大小分为两种：对于大型结构一般采用传统的车、钳、洗、刨、磨等传统机械加工方法，但由于玻璃极端的脆性，传统机械加工极易造成开裂、崩碎等缺陷，加工难度大，加工精度低；而对于微型结构则一般通过在玻璃表面使用光刻法形成聚合物层掩盖基材，然后使用氢氟酸进行湿化学蚀刻构型，但这种成型方法不仅耗时、危险(依赖于氢氟酸)，而且必须在洁净间中进行，玻璃湿化学处理的另一个缺点是蚀刻工艺的各向同性，难以构造各向异性特征，如垂直通道或支柱。

与玻璃相比，聚合物则具有更便捷、广泛的制造成型方式，将玻璃与聚合物结合形成复合材料是实现玻璃的快速成形制造的有效途径之一。

3D打印技术是一门多学科综合的技术，涉及数字建模、信息传输、材料科学等多个领域。其基本准备工作包括数字建模、原材料选择、工作环境设定等。其中，数字建模指通过如CAD、SolidWorks等计算机建模软件对所需要打印的材料进行建模，一般可以分成两大类：实体建模和曲面建模。实体建模多用来设计规则形状的模型(正方体、球体等)，而曲面建模多用来设计结构复杂、精细的不规则模型，如多孔模型、镂空模型等。3D打印可打印的材料种类众多，不同材料的打印也都对应着不同的优选打印技术，如SLS、SLM适合打印金属材料、FDM适合打印热塑性高分子材料；同一种打印技术也可以打印不同的材料，如DIW能够打印的材料包括高分子材料、金属材料、陶瓷材料等等。但与其他材料如金属、陶瓷和高分子材料相比，玻璃的3D打印成型工艺一直是3D打印领域的研究难点。高分子材料具有较低的熔点，一般可通过熔融打印成型的方式实现制造，而玻璃的熔点普遍高于900℃；金属的熔点相对较高，但使用激光熔融的方式也可以实现制造，且不易造成热冲击开裂，而玻璃的抗热冲击能力较差；陶瓷材料的应用不一定要求很高的致密度，因此较容易通过3D打印成型，而玻璃若没有较高的致密度会导致透光率不符应用标准。

在各种3D打印技术中，立体光固化成型技术是最有希望的实现“玻璃-聚合物”复合材料成型的技术之一。光固化成型技术的优势在于：第一，打印浆料为非熔融状态，这大大降低了打印过程对环境和设备的要求，同时也降低了打印成本；第二，利用激光投影进行光固化成型，成型精度由激光投影图案的像素大小决定，除了双光子聚合成型外，是成型精度最高的工艺；第三，省略了由点到线、由线到面的打印过程，直接由面到体打印，成型速度较快；第四，可通过向光敏树脂中加入SiO₂粉末实现SiO₂-树脂复合材料的制备。但是该技术也存在诸多问题如：SiO₂粉末的添加会增加光敏浆料的黏度、烧结后的打印件易开裂等。

发明内容

本发明的目的是为了解决玻璃的3D打印成型工艺中产品的致密度较低，透光率不好的问题，而提供一种用于熔融石英光固化成型的光敏浆料及其制备方法和应用。