一种高复杂度陶瓷部件及其制备方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种高复杂度陶瓷部件及其制备方法，涉及3D打印技术领域。其制备方法包括：制备改性陶瓷粉末；配制光固化陶瓷浆料；将所述光固化陶瓷浆料及树脂浆料置于多材料光固化打印设备的不同料槽中，控制所述多材料光固化打印设备根据预设的设计图纸，分别基于所述光固化陶瓷浆料打印陶瓷实体以及基于所述树脂浆料打印所述陶瓷实体周围的树脂实体，得到坯体；其中，所述设计图纸中，部件包括陶瓷实体以及陶瓷实体周围的树脂实体；经排胶烧结得到陶瓷部件。本发明专利技术使用多料盘的多材料光固化打印设备实现陶瓷部件的高打印精度和高结构复杂度，充分发挥了3D打印对于异形件打印的优势。打印的优势。打印的优势。

【技术实现步骤摘要】
一种高复杂度陶瓷部件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及3D打印
，尤其涉及一种高复杂度陶瓷部件及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于陶瓷部件的高耐腐蚀性、高绝缘性、高硬度、耐高温等性能较优异，陶瓷的应用范围也不断拓展。而在医疗、半导体、化工等特定的领域，由于对轻量化、多功能性、小型化等有较高的要求，需要陶瓷部件有较高的形状、尺寸甚至材料的复杂度(如悬空结构、活动结构、封闭部件内的孔槽)。然而传统的干压成型、凝胶铸模、流延成型等成型方式难以制备高度复杂的陶瓷零部件；此外，陶瓷材料固有的硬和脆特性，导致难以对陶瓷材料进行精密加工。
[0003]光固化成型技术，是一种通过紫外光照射引发陶瓷浆料固化的一种增材制造技术，具有成型精度高、表面质量好，容易制备高致密度、优异性能的陶瓷部件，被广泛用于制备复杂形状的陶瓷零部件。而常规的陶瓷3D打印技术在面对复杂部件的打印时避免不了要加一些与打印部件同材料的细小支撑群，后期再通过人工机械去除支撑结构。去除的过程中一方面会对陶瓷部件表面有一定损伤，精度难以保证，过程也耗时耗力；另一方面在类似封闭结构中的支撑在打印后根本无法去除，失去了陶瓷部件3D打印制备复杂结构的可能。
[0004]此外，涉及一些内部具有复杂结构比如微通道的封闭或者半封闭陶瓷部件，在打印完后难以清除微通道内部未固化浆料，一般选用溶剂溶解加超声波清洗，容易对坯体进行损坏；此外，涉及封闭腔体结构陶瓷部件的内部残留浆料无法进行清除，如若不清理直接排胶烧结也会导致封闭部件内未固化的浆料也发生致密化行为，导致封闭腔体内部结构精度大幅度下降，特别是微小孔洞有可能被残留浆料堵塞，丧失复杂陶瓷构件原有的功能性。此外，在打印横向分布的孔道过程中，特别是孔道即将打印完成时，由下而上的紫外光极其容易透过孔道下沿照射到孔道内部，导致打印过程浆料挤压堆积在孔道内部的浆料会发生部分固化，大大降低内部孔槽的精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供了一种高复杂度陶瓷部件及其制备方法，旨在达到制备高复杂度陶瓷部件的目的。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供了一种高复杂度陶瓷部件的制备方法，包括：
[0007]S1，以质量百分比计，分别称取30～50％的陶瓷粉末，47～69.9％的溶剂以及0.1～3％的表面改性剂，球磨1～5h，制得改性陶瓷粉末；
[0008]S2，以质量百分比计，分别称取40～80％的所述改性陶瓷粉末，10～50％的树脂预混液，0.1～5％的光引发剂以及0.5～5％的分散剂，混合搅拌均匀，制得光固化陶瓷浆料；
[0009]S3，将所述光固化陶瓷浆料及树脂浆料置于多材料光固化打印设备的不同料槽中，控制所述多材料光固化打印设备根据预设的设计图纸，分别基于所述光固化陶瓷浆料打印陶瓷实体以及基于所述树脂浆料打印所述陶瓷实体周围的树脂实体，得到坯体；其中，
所述设计图纸中，部件包括陶瓷实体以及陶瓷实体周围的树脂实体；
[0010]S4，将所述坯体置于排胶炉中，在空气气氛下，以0.2～5℃/min的速率升温至450～800℃并保温3～5h；然后坯体随炉冷却至室温；
[0011]S5，将坯体置于马弗炉或气氛烧结炉中，以2～10℃/min的速率升温至1600～1900℃，并保温2～6h。
[0012]其中，经过步骤S4脱脂后，树脂实体在脱脂过程中受热分解挥发，由此得到高精度、复杂结构的无有机物打印体。
[0013]经过步骤S5烧结后，得到致密陶瓷部件。
[0014]其进一步的技术方案为，步骤S1中，所述陶瓷粉末包括氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氧化锆、二氧化硅以及莫来石中的至少一种，所述陶瓷粉末的粒径为200nm～1.3μm。更优选的，所述陶瓷粉末的粒径为500nm～1.1μm。
[0015]其进一步的技术方案为，步骤S1中，所述的溶剂为乙醇。
[0016]其进一步的技术方案为，步骤S1中，所述表面改性剂包括硬脂酸、油酸、聚丙烯酸铵、聚乙烯亚胺以及硅烷偶联剂中的至少一种。
[0017]其进一步的技术方案为，步骤S2中，所述树脂预混液包括1，6
‑
乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、四氢呋喃丙烯酸酯以及邻苯二甲酸二辛脂中的至少一种。
[0018]其进一步的技术方案为，步骤S2中，所述光引发剂包括2
‑
羟基
‑2‑
甲基
‑1‑
苯基
‑1‑
丙酮、苯基双(2，4，6
‑
三甲基苯甲酰基)氧化膦、2
‑
异丙基硫杂蒽酮以及Irgacure 819中的至少一种。
[0019]其进一步的技术方案为，步骤S2中，所述分散剂包括聚丙烯酸铵、聚乙烯吡咯烷酮以及KOS110中的至少一种。
[0020]其进一步的技术方案为，步骤S2中，采用球磨的方式将改性陶瓷粉体、预混液、光引发剂和分散剂混合均匀，球磨转速为250～450r/min，球磨时间为1～5h。
[0021]其进一步的技术方案为，步骤S3中，所述多材料光固化打印设备配置为“打印
‑
清洗
‑
打印”模式，所述打印
‑
清洗
‑
打印”模式是指层内涉及多材料时，先打印陶瓷材料，清洗多余浆料，再打印树脂材料，清洗多余树脂，再打印陶瓷材料，依次往复。
[0022]其进一步的技术方案为，步骤S3中，多材料光固化打印设备包括多个用于放置不同组分的料槽，所述多材料光固化打印设备的光源波长为350～450nm，多材料光固化打印设备的单层固化能量为10mJ/cm2～200mJ/cm2。
[0023]其进一步的技术方案为，步骤S3中，所述树脂浆料包含97～99.5％的树脂预混液及0.5～3％的光引发剂。
[0024]本专利技术的步骤S3中，将光固化陶瓷浆料及树脂浆料置于多材料多材料光固化打印设备的不同料槽中，通过多材料打印机分别打印所需陶瓷实体及陶瓷实体周围必要的树脂支撑物，且在打印后对每层进行清理，从而获得带树脂支撑的陶瓷打印实体，实现高精度、高复杂结构陶瓷部件的制备。
[0025]打印策略可具体如下：打印平台移动到陶瓷浆料料槽先打印第一层单层陶瓷部件，打印完成后检测同一层内是否有树脂支撑层，若有则清洗打印平台，移动到树脂浆料料槽打印树脂支撑层，再清洗移动到陶瓷浆料料槽打印第二层陶瓷部件；若无则直接继续打印第二层陶瓷部件；
[0026]打印第二层陶瓷部件，打印完成后检测同一层内是否有树脂支撑层，若有则清洗打印平台，移动到树脂浆料料槽打印树脂支撑层，再清洗移动到陶瓷浆料料槽打印第三层陶瓷部件；若无则直接继续打印第三层陶瓷部件，由此循环往复直至完成打印。
[0027]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种高复杂度陶瓷部件，由第一方面所述的方法制备得到。
[0028]本专利技术能够达到如下有益效果：
[0029]本专利技术利用树脂浆料遇紫外光可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高复杂度陶瓷部件的制备方法，其特征在于，包括：S1，以质量百分比计，分别称取30～50％的陶瓷粉末，47～69.9％的溶剂以及0.1～3％的表面改性剂，球磨1～5h，制得改性陶瓷粉末；S2，以质量百分比计，分别称取40～80％的所述改性陶瓷粉末，10～50％的树脂预混液，0.1～5％的光引发剂以及0.5～5％的分散剂，混合搅拌均匀，制得光固化陶瓷浆料；S3，将所述光固化陶瓷浆料及树脂浆料置于多材料光固化打印设备的不同料槽中，控制所述多材料光固化打印设备根据预设的设计图纸，分别基于所述光固化陶瓷浆料打印陶瓷实体以及基于所述树脂浆料打印所述陶瓷实体周围的树脂实体，得到坯体；其中，所述设计图纸中，部件包括陶瓷实体以及陶瓷实体周围的树脂实体；S4，将所述坯体置于排胶炉中，在空气气氛下，以0.2～5℃/min的速率升温至450～800℃并保温3～5h；然后坯体随炉冷却至室温；S5，将坯体置于马弗炉或气氛烧结炉中，以2～10℃/min的速率升温至1600～1900℃，并保温2～6h。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述多材料光固化打印设备配置为“打印
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清洗
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打印”模式，所述打印
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清洗
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打印”模式是指层内涉及多材料时，先打印陶瓷材料，清洗多余浆料，再打印树脂材料，清洗多余树脂，再打印陶瓷材料，依次往复。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述陶瓷粉末包括氧化铝、氮化铝、氮化硅、碳化硅、氧化锆、二氧化硅以及莫来石中的至少一种，所述陶瓷粉末的粒径为200nm～1.3μm。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：黎业华，姜知水，文理，陈捷，欧明，董进杰，
申请(专利权)人：广东捷成科创电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：