[发明专利]一种用于3DP成型TiB2复合陶瓷粉体的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于3DP成型TiB₂复合陶瓷粉体的制备方法，其特征在于，采用三异硬脂酸钛酸异丙酯改性二硼化钛和氮化硅粉体表面，得到预处理TiB₂复合陶瓷粉体；采用柠檬酸胺与黄原胶配制制凝胶溶液；然后，在反应器中，按质量百分比加入，预处理TiB₂复合陶瓷粉体：35%~40%，凝胶溶液：59%~64%，硼砂：0.5%~2%，各组分之和为百分之百，强力搅拌40~50min，喷雾干燥，得到用于3DP成型TiB₂复合陶瓷粉体，其粒径在60~100µm范围内。该材料在三维印刷3D打印机上可直接成型，球形度高，流动性好，成型精度高，而且具有制备工艺简单，条件易于控制，生产成本低，易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种用于三维印刷（3DP）工艺快速成型粉体材料的制备方法，属于快速成型的材料领域，特别涉及一种用于3DP成型TiB₂复合陶瓷粉体的制备方法及应用。

背景技术

二硼化钛粉末是灰色或灰黑色的，具有六方(AlB2)的晶体结构。它的熔点是2980℃，有很高的硬度。二硼化钛在空气中抗氧化温度可达1000℃，在HCl和HF酸中稳定。二硼化钛主要用于制备复合陶瓷制品。由于其可抗熔融金属的腐蚀，可用于熔融金属坩锅和电解池电极的制造。复合材料通常具有不同材料相互取长补短的良好综合性能。复合材料兼有两种或两种以上材料的特点，能改善单一材料的性能，如提高强度、增加韧性和改善介电性能等。作为高温结构材料用的陶瓷复合材料，主要用于宇航，军工等部门。此外，在机械、化工、电子技术等领域也广泛采用各种陶瓷复合材料。复合陶瓷材料。可作为多元复合材料的重要组元，与 TiC，TiN，SiC 等材料组成复合材料，制作各种耐高温部件及功能部件，如高温坩埚、引擎部件等。也是制作装甲防护材料的最好材料之一。

三维印刷（3DP）工艺，就是今天的3D打印，是美国麻省理工学院Emanual Sachs等人研制的。E.M.Sachs于1989年申请了3DP（Three-Dimensional Printing）专利，该专利是非成形材料微滴喷射成形范畴的核心专利之一。3DP工艺与SLS工艺类似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末，金属粉末。所不同的是材料粉末不是通过烧结连接起来的，而是通过喷头用粘接剂（如硅胶）将零件的截面“印刷”在材料粉末上面。用粘接剂粘接的零件强度较低，还须后处理。具体工艺过程如下：上一层粘结完毕后，成型缸下降一个距离（等于层厚：0.013～0.1mm）,供粉缸上升一高度，推出若干粉末，并被铺粉辊推到成型缸，铺平并被压实。喷头在计算机控制下，按下一建造截面的成形数据有选择地喷射粘结剂建造层面。铺粉辊铺粉时多余的粉末被集粉装置收集。如此周而复始地送粉、铺粉和喷射粘结剂，最终完成一个三维粉体的粘结。未被喷射粘结剂的地方为干粉，在成形过程中起支撑作用，且成形结束后，比较容易去除。但这种成型工艺也有一定的局限性，胶粘剂的用量大，不好控制，胶粘剂容易堵塞喷头。

黄原胶又称黄胶、汉生胶，是一种由黄单胞杆菌发酵产生的细胞外酸性杂多糖。是由D-葡萄糖、D-甘露糖和D-葡萄糖醛酸按2:2:1组成的多糖类高分子化合物，相对分子质量在100万以上。黄原胶为浅黄色至白色可流动粉末，稍带臭味。易溶于冷、热水中，溶液中性，耐冻结和解冻，不溶于乙醇。遇水分散、乳化变成稳定的亲水性粘稠胶体。黄原胶是目前国际上集增稠、悬浮、乳化、稳定于于一体．性能最优越的生物胶。黄原胶的分子侧链末端含有丙酮酸基团的多少，对其性能有很大影响。黄原胶具有长链高分子的一般性能，但它比一般高分子含有较多的官能团，在特定条件下会显示独特性能。在工业中用作多种目的的稳定剂、稠化剂和加工铺助剂。

本发明采用三异硬脂酸钛酸异丙酯改性二硼化钛粉体，既能提高固体含量，又能降低浆料的粘度，改善表面洁度。采用黄原胶作为凝胶胶粘剂，加入柠檬酸胺为分散剂，制备用于三维印刷成型工艺TiB₂复合陶瓷粉体，成型过程中不需要喷洒胶粘剂，只需要喷洒少量的交联剂溶剂即可。优点是胶粘剂用量大大减少，在后续煅烧过程中减少环境污染，产品的品质高。本申请的工艺制备的粉体材料粒径均匀，球形度高，流动性好，适合3DP工艺3D打印成型。此外，本专利提供的方法简单，成本低。