【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于珍珠母仿生微结构陶瓷的光固化增材制造领域，具体涉及带有随机几何镶嵌界面的光固化3d打印珍珠母陶瓷方法。
技术介绍
1、自然界的珍珠贝壳材料中具有独特的微观结构，这种微观结构由文石片层和夹杂的有机介质构成，根据其结构特点称为“砖泥”结构。这种结构具有极强的增韧效果，使得原本力学性能很低的文石片层和有机介质最终达到了很高的强韧性。仿贝壳的人工珍珠母陶瓷材料由平行排列的片层相和夹杂的第二相构成，目前大多采用传统制备方法制造，而如果采用增材方式制造则能够利用逐层打印的特点，发挥宏微一体成形的优势。
2、光固化打印利用光敏树脂遇紫外光固化的原理，通过控制逐层的固化形状来打印复杂零件。该方法具有材料适应范围广、成本低、精度高的特点。通过在光敏树脂中添加陶瓷粉，还可以进行陶瓷材料的3d打印。目前通过光固化打印具有珍珠母仿生结构陶瓷的研究和应用还非常有限。同时，通过光固化打印的陶瓷素坯，存在逐层打印的界面，而在后处理过程中，界面易发生开裂缺陷，导致陶瓷性能难以保证使用需求，打印界面是陶瓷材料光固化打印需要突破的重点。
3、随机几何是自然界存在的另一种微结构，这种结构可以对断裂进行多方向的引导，因此可以耗散断裂能量，提高力学性能。常见的随机几何有泰森多边形、分支树状结构、delaunay结构、orthofoam结构等。如果能在光固化打印中增加界面处的增强机制，则可以大幅提高光固化打印陶瓷的力学性能。目前，随机几何的应用主要集中在零件的整体结构中，如何将其应用到陶瓷光固化打印的界面中需要深入研究，而且具有增强界
4、本专利技术提出将随机几何和镶嵌界面应用于珍珠母陶瓷的3d打印，通过光固化3d打印技术成形制备具有镶嵌界面的仿生强韧化陶瓷中。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供带有随机几何镶嵌界面的光固化3d打印珍珠母陶瓷方法，解决了现有技术中存在的难以光固化打印珍珠母陶瓷及打印界面无微结构增强的问题，可以利用随机几何调控界面及珍珠母陶瓷的力学性能。
2、本专利技术所采用的技术方案是，带有随机几何镶嵌界面的光固化3d打印珍珠母陶瓷方法，包括如下步骤：
3、1)采用具有高径厚比的微米级片状陶瓷粉和微米级近球状陶瓷粉作为光固化陶瓷浆料的填料，选用复合光敏树脂作为陶瓷浆料的光敏成分；
4、2)采用matlab软件生成随机几何点，并将点按照随机几何规则连接，将连接线按照微槽宽度的进行双侧偏移，形成随机几何微槽的图形；根据生成的图形采用雕刻方法制造具有随机几何结构微槽的聚二甲基硅氧烷膜；
5、3)利用光固化打印机，在具有随机几何结构微槽的聚二甲基硅氧烷膜上选择性的逐层固化陶瓷浆料，打印陶瓷素坯；在每一层固化前，使用浆料槽运动系统，移动聚二甲基硅氧烷膜，使得聚二甲基硅氧烷膜上的随机几何结构发生位置移动；
6、4)打印完成后，采用脱脂-预烧结-浸渍方法，制造具有第二相的珍珠母结构陶瓷。
7、本专利技术的特征还在于：
8、步骤1)中，微米级片状陶瓷粉为片状二硼化锆、片状氧化铝、片状云母或片状钛酸钡batio3中的一种，微米级片状陶瓷粉的片宽度为5μm-20μm，径厚比为10-30；微米级近球状陶瓷粉根据所选择的微米级片状陶瓷粉的成分相匹配，选择对应的粒径大小为0.5μm-2μm级二硼化锆、氧化铝、云母、钛酸钡batio3粉体；其中微米级片状陶瓷粉的体积占微米级片状陶瓷粉与微米级近球状陶瓷粉总粉体体积的30-50vol％；
9、由双官能团的三丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、和三官能团的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸树脂中的一种或几种构成的复合光敏树脂占总浆料(总浆料由复合光敏树脂、微米级片状陶瓷粉及微米级近球状陶瓷粉组成)体积比的50-60vol％。
10、步骤2)中，随机几何结构为泰森多边形结构、分支树状结构、delaunay结构、orthofoam结构中的一种或几种。
11、步骤2)中，采用的雕刻方法为激光雕刻方法或微型数控机床雕刻方法，雕刻的深度为50μm-100μm，雕刻的宽度为250μm-450μm，雕刻的截面形状为梯形，梯形的斜边倾斜角度为30°-90°；聚二甲基硅氧烷膜的厚度为0.3mm-0.6mm。
12、步骤3)中，浆料槽运动系统平移或旋转浆料槽，同时聚二甲基硅氧烷膜也随之平移或旋转；在打印时，浆料槽的运动方式为平移或旋转；平移时，逐层移动的距离在500μm-5000μm之间，移动方式为逐层往复平移；旋转时，浆料槽的运动方式为单方向旋转，逐层旋转的角度在3°-30°之间。
13、步骤3)中，浆料槽运动系统由运动台及运动控制器组成，将运动台固定在曝光固化位置，使得与运动台连接的浆料槽能够受控平移或旋转运动，同时带动浆料槽底部的聚二甲基硅氧烷膜平移或旋转；
14、所述运动台为平移运动台或旋转运动台。
15、步骤4)中，在马弗炉中进行脱脂，预烧结温度为1100℃；
16、具体脱脂升温曲线如下：25℃-120℃采用1℃/min-2℃/min的升温速率；120℃-250℃采用0.5℃/min-1℃/min的升温速率，250℃-460℃采用1℃/min-1.5℃/min的升温速率，460℃-600℃采用1℃/min-2℃/min的升温速率；
17、具体预烧结升温曲线如下：600℃-1100℃采用2℃/min-3℃/min的升温速率，1100℃-室温采用3℃/min-4℃/min的降温速率；
18、预烧结后采用真空抽滤浸渍方法，配制含有0.5wt％-1wt％热固化剂aibn的mma溶液，在真空度为-0.08mpa到-0.1mpa下真空抽滤，并取出后在100℃下固化30min-1h，随后在60℃下固化5h-8h。
19、本专利技术的有益效果是：
20、本专利技术方法可以将随机几何和镶嵌界面应用于珍珠母陶瓷的光固化3d打印，在逐层界面上代替了传统平面界面，使得界面具有更强的粘接效果，且配合片状粉体在镶嵌界面阻挡裂纹的增韧能力，能够增强光固化3d打印陶瓷的界面性能。能够形成具有复杂宏观结构零件，且由无机相和有机相共同组成珍珠母微观结构的复合陶瓷制件。
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1.带有随机几何镶嵌界面的光固化3D打印珍珠母陶瓷方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的带有随机几何镶嵌界面的光固化3D打印珍珠母陶瓷方法，其特征在于，步骤1)中，微米级片状陶瓷粉为片状二硼化锆、片状氧化铝、片状云母或片状钛酸钡BaTiO3中的一种，微米级片状陶瓷粉的片宽度为5μm-20μm，径厚比为10-30；微米级近球状陶瓷粉根据所选择的微米级片状陶瓷粉的成分相匹配，选择对应的粒径大小为0.5μm-2μm级二硼化锆、氧化铝、云母、钛酸钡BaTiO3粉体；其中微米级片状陶瓷粉的体积占微米级片状陶瓷粉与微米级近球状陶瓷粉总粉体体积的30-50vol％；
3.根据权利要求1所述的带有随机几何镶嵌界面的光固化3D打印珍珠母陶瓷方法，其特征在于，步骤2)中，随机几何结构为泰森多边形结构、分支树状结构、Delaunay结构、Orthofoam结构中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的带有随机几何镶嵌界面的光固化3D打印珍珠母陶瓷方法，其特征在于，步骤2)中，采用的雕刻方法为激光雕刻方法或微型数控机床雕刻方法，雕刻的深度为50μm
5.根据权利要求1所述的带有随机几何镶嵌界面的光固化3D打印珍珠母陶瓷方法，其特征在于，步骤3)中，浆料槽运动系统平移或旋转浆料槽，同时聚二甲基硅氧烷膜也随之平移或旋转；在打印时，浆料槽的运动方式为平移或旋转；平移时，逐层移动的距离在500μm-5000μm之间，移动方式为逐层往复平移；旋转时，浆料槽的运动方式为单方向旋转，逐层旋转的角度在3°-30°之间。
6.根据权利要求5所述的带有随机几何镶嵌界面的光固化3D打印珍珠母陶瓷方法，其特征在于，步骤3)中，浆料槽运动系统由运动台及运动控制器组成，将运动台固定在曝光固化位置，使得与运动台连接的浆料槽能够受控平移或旋转运动，同时带动浆料槽底部的聚二甲基硅氧烷膜平移或旋转；
7.根据权利要求1所述的带有随机几何镶嵌界面的光固化3D打印珍珠母陶瓷方法，其特征在于，步骤4)中，在马弗炉中进行脱脂，预烧结温度为1100℃；
...【技术特征摘要】
1.带有随机几何镶嵌界面的光固化3d打印珍珠母陶瓷方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的带有随机几何镶嵌界面的光固化3d打印珍珠母陶瓷方法，其特征在于，步骤1)中，微米级片状陶瓷粉为片状二硼化锆、片状氧化铝、片状云母或片状钛酸钡batio3中的一种，微米级片状陶瓷粉的片宽度为5μm-20μm，径厚比为10-30；微米级近球状陶瓷粉根据所选择的微米级片状陶瓷粉的成分相匹配，选择对应的粒径大小为0.5μm-2μm级二硼化锆、氧化铝、云母、钛酸钡batio3粉体；其中微米级片状陶瓷粉的体积占微米级片状陶瓷粉与微米级近球状陶瓷粉总粉体体积的30-50vol％；
3.根据权利要求1所述的带有随机几何镶嵌界面的光固化3d打印珍珠母陶瓷方法，其特征在于，步骤2)中，随机几何结构为泰森多边形结构、分支树状结构、delaunay结构、orthofoam结构中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的带有随机几何镶嵌界面的光固化3d打印珍珠母陶瓷方法，其特征在于，步骤2)中，采用的雕刻方法为激光雕刻方法或微型数控机床雕刻方法，雕刻的...
【专利技术属性】
技术研发人员：武向权，王圣煜，季祥旭，周嘉琦，刘珊，徐春杰，张忠明，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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