[发明专利]一种用于光固化成型的陶瓷膏体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，特别涉及一种用于光固化成型的陶瓷膏体及其制备方法。

背景技术

光固化成型(Stereolithography apparatus,SLA)作为一项最早实用化的增材制造技术，已经在航空航天、模具制造、珠宝首饰和医疗卫生等领域有了较广泛的应用。其基本原理是使用由计算机控制的激光束对一个平面内液态的光敏树脂进行扫描，被激光束扫描的树脂吸收激光的能量发生光聚合反应，树脂的分子量急剧增大而固化，从而形成二维实体；当一层的扫描结束之后，成型平台移动相应的距离，再涂层装置在已固化的树脂上涂布液态的光敏树脂，激光再对光敏树脂进行扫描，如此重复完成三维实体的制造。在众多的增材制造技术中，SLA由于使用流动性较好的光敏树脂、较小的激光光斑，使其成为精度最高、表面质量最好的增材制造技术。

国内已有研究人员对使用光固化技术成型陶瓷进行了尝试，但其使用的材料均为陶瓷浆料，其强调的是良好的流动性。如西安交通大学的连芩等人(见专利“一种多孔镁合金-生物陶瓷仿生复合支架及其快速成型方法”)、广东工业大学的伍尚华等人(见专利“一种光固化成型的高致密陶瓷的制备方法”和“一种齿状异形陶瓷的制备方法”)均提出了陶瓷粉体加入水基光固化预混液中制备陶瓷浆料，然后在光固化成型机中进行成型，得到素坯后进行干燥、脱脂、烧结得到最终的陶瓷零件。

虽然基于陶瓷浆料的光固化成型已经有了一定的成果，但无法避免的是，传统的光固化陶瓷浆料中的陶瓷颗粒容易沉降，体系稳定性差，无法长时间储存。这一缺点在西安交通大学的李涤尘等人的专利“光固化快速成型陶瓷浆料磁力搅拌和液位调节装置”中得到了体现。由于浆料体系容易沉淀，所以浆料必须现配现用，并在短时间内操作完毕，否则就必须借助外界搅拌或震荡装置进行浆料的重新混合，这就增大了光固化成型系统的复杂性。由于光固化陶瓷浆料的稳定性差，在制造大尺寸零件或批量制造时也会发生沉降现象，造成零件性能不稳定，影响零件的质量，使得使用浆料难以制造大尺寸的陶瓷零件。同时，浆料的固相含量不能太高，太高的固相含量则会使浆料的粘度过大，使光固化制造过程无法正常进行，而较低的固相含量决定了由浆料制得的素坯在后续脱脂烧结过程中会产生较大的收缩，使得零件容易出现缺陷甚至报废。传统光固化用陶瓷浆料中含有较多的有机物，在脱脂时会产生较多的废气，对环境的污染较大。

发明内容

鉴于以上所述现有光固化陶瓷浆料存在的技术缺点，本发明的目的是提供一种用于光固化成型的陶瓷膏体及其制备方法，用于解决基于浆料的传统光固化技术存在的如浆料稳定性差、固相含量不够高、大尺寸陶瓷样品制备困难等问题。

为达到以上目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于光固化成型的陶瓷膏体，其特征在于，由成分A和成分B组成，所述成分A为光固化树脂或水基光固化预混液，成分B为陶瓷粉体，并且成分A的体积百分比为30vol％-70vol％，成分B的体积百分比为70vol％-30vol％。

优选地，所述光固化树脂按重量份数比包括以下组分：

其中，成分C为丙烯酸酯树脂和/或环氧树脂，并且丙烯酸酯树脂为环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、单官能团丙烯酸酯单体、双官能团丙烯酸酯单体、多官能团丙烯酸酯单体中的一种或多种，环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂或脂肪族环氧树脂中的一种或多种，光引发剂为自由基光引发剂和/或阳离子光引发剂，分散剂A为柠檬酸铵、聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、四甲基氢氧化铵、二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、六偏磷酸钠、油酸、硬脂酸中的一种或多种，溶剂A为无水乙醇、丙三醇、丙酮中的一种或多种。

优选地，所述水基光固化预混液按重量份数比包括以下组分：

其中，有机溶质为丙烯酰胺和N-N’亚甲基双丙烯酰胺按照重量比10-30:1混合而成，所述光引发剂为自自由基光引发剂，所述分散剂B为柠檬酸铵、聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、四甲基氢氧化铵、二甲基甲酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、六偏磷酸钠、油酸、硬脂酸中的一种或多种，溶剂B为去离子水、无水乙醇、丙三醇、丙酮中的一种或多种。

优选地，所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化锆、氧化锌、氧化铌、二氧化硅、二氧化钛、碳化硅、碳化硼、碳化钨、氮化硅、三磷酸钙、羟基磷灰石、高岭土中的一种或多种。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种用于光固化成型的陶瓷膏体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.对陶瓷粉体进行前处理；

S2.配制光固化树脂或水基光固化预混液；